DE19548324C2

DE19548324C2 - Process for the gasification of carbon-containing solids in the fluidized bed and a gasifier which can be used therefor

Info

Publication number: DE19548324C2
Application number: DE19548324A
Authority: DE
Inventors: Bernd Prof Dr Meyer; Wolfgang H Dr Adlhoch; Alfred Gustav Mittelstaedt; Georg Karkowski; Ingo Schumacher
Original assignee: RHEINBRAUN AG 50935 KOELN DE; Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19548324A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Vergaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 and a carburetor according to the preamble of Claim 15.

Die kohlenstoffhaltigen Feststoffe werden unter erhöhtem Druck in einem Wirbelbett unter Verwendung von endotherm und exo therm reagierenden Vergasungsmitteln vergast, wobei oberhalb des Wirbelbettes ein Nachvergasungsraum und unterhalb des Wir belbettes ein Festbett aus den Vergasungsrückständen, dem so genannten Bodenprodukt, vorhanden ist und Brennstoffe in das Wirbelbett eingeführt und feste Vergasungsrückstände aus dem Festbett abgezogen werden und das erzeugte Gas aus dem Nach vergasungsraum heraus- und durch einen Abscheider geführt wird, in welchem wenigstens ein Teil der im erzeugten Gas mit geführten Feststoffteilchen abgeschieden und über eine Rück führleitung in den Vergaser zurückgeführt wird, während das Produktgas in zumindest vorgereinigtem Zustand den Abscheider verläßt.The carbonaceous solids become under increased pressure in a fluidized bed using endothermic and exo Gasifying gas reacting thermally, above of the fluidized bed a post-gasification room and below the we belbettes a fixed bed from the gasification residues, so called soil product, is present and fuels in that Fluid bed introduced and solid gasification residues from the Fixed bed are withdrawn and the gas generated from the night gasification chamber out and passed through a separator in which at least a part of the gas generated in led solid particles separated and over a back guide line is returned to the carburetor while the Product gas in at least pre-cleaned condition the separator leaves.

Ein solcher Vergaser, der als Hoch-Temperatur-Winkler-Verga ser (HTW) ausgebildet sein kann, wird z. B. in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der zu vergasenden Materialien bei ei ner Temperatur zwischen etwa 600° und 1300°C und unter einem Überdruck von bis zu 30 bar und mehr betrieben. Bei diesen kohlenstoffhaltigen Materialien kann es sich um Kohle (Braunkohle und/oder Steinkohle), Biomassen, kohlenstoffhal tige Reststoffe, z. B. Klärschlämme, Kunststoffe sowie auch um Mischungen von wenigstens zwei dieser Stoffe handeln.Such a carburetor, the high-temperature Winkler carb ser (HTW) can be formed, z. B. depending the nature of the materials to be gasified at ei ner temperature between about 600 ° and 1300 ° C and below one Operating overpressure of up to 30 bar and more. With these Carbonaceous materials can be coal (Lignite and / or hard coal), biomass, low carbon term residues, e.g. B. sewage sludge, plastics and around Act mixtures of at least two of these substances.

Die bisher gebauten HTW-Vergaser können mit einer thermischen Leistung bis zu 140 MW betrieben werden. Für Kombinations kraftwerke - das sind thermische Verbundkraftwerke mit gekop pelter Gas- und Dampferzeugung und Umwandlung von Gas und Dampf in elektrische Energie - sind aber HTW-Vergaser vorge sehen, die eine wesentlich höhere thermische Leistung haben, die beispielsweise bis 900 MW erreichen kann. Bei einer auf den freien Vergaserquerschnitt der Nachvergasungszone bezoge nen Leistungsdichte werden 50 MW/m² und mehr angestrebt. Der zeit sind etwa 25 MW/m² realisiert.The previously built HTW carburettors can be operated with a thermal output of up to 140 MW. For combination power plants - these are thermal composite power plants with coupled gas and steam generation and conversion of gas and steam into electrical energy - however, HTW carburettors are provided, which have a significantly higher thermal output, which can reach up to 900 MW, for example. With a power density based on the free gasification cross section of the post-gasification zone, 50 MW / m ² and more are aimed for. Around 25 MW / m ^{2 are} currently realized.

Die angestrebten Leistungsdichten sind jedoch nur bei einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der zu vergasenden Fest stoffe und der gasförmigen Vergasungsmittel insbesondere in der Wirbelschicht sowie die Einhaltung von konstant hohen Ver gasungstemperaturen über die Höhe der Wirbelschicht zu errei chen. Mit zunehmender Homogenität der Wirbelschicht nimmt die Gefahr der Bildung von überhitzten Bereichen sowie von unregelmäßig entstehenden Blasen unterschiedlicher Größe und Verteilung ab, so daß die beispielsweise im Hinblick auf die Beschaffenheit der Asche der zu vergasenden Feststoffe einzu haltenden Temperaturen in Teilbereichen des Wirbelbettes auch dann nicht überschritten werden, wenn die Temperatur im Wirbelbett dicht an der jeweils zulässigen Maximaltemperatur liegt. Dies begünstigt das Erreichen einer hohen thermischen Leistung. Zum anderen führt ein homogenes Wirbelbett zu einer Verringerung der Bildung von unerwünschten gasförmigen Spurstoffen im Rohgas, beispielsweise Benzol, Naphtalin und andere Kohlenwasserstoffe, so daß auch der Aufwand zur Entfer nung dieser Spurstoffe in der nachgeschalteten Gasreinigung entsprechend geringer wird.However, the desired power densities are only for one distribution of the solid to be gasified as evenly as possible substances and the gaseous gasification agent, especially in the fluidized bed and compliance with constantly high ver Gassing temperatures to reach the height of the fluidized bed chen. With increasing homogeneity of the fluidized bed, the Risk of formation of overheated areas as well as irregular bubbles of different sizes and Distribution from, so that for example with regard to the The nature of the ash of the solids to be gasified maintaining temperatures in parts of the fluidized bed then not be exceeded if the temperature in the Fluid bed close to the maximum permissible temperature lies. This favors the achievement of a high thermal Power. On the other hand, a homogeneous fluidized bed leads to one Reducing the formation of undesirable gaseous Trace substances in the raw gas, for example benzene, naphthalene and other hydrocarbons, so that the effort to remove of these trace substances in the downstream gas cleaning is correspondingly lower.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vergasen von festen kohlenstoffhaltigen Materialen unter Ver wendung von exothermen und endothermen Vergasungsmitteln und den dazu verwendeten Vergaser verfügbar zu machen, bei welchem hohe Vergasungswirkungsgrade und hohe Leistungsdichten bei niedrigen Spurstoff-Konzentrationen im Roh-Produktgas erreicht werden können.The invention has for its object a method for Gasification of solid carbonaceous materials under Ver use of exothermic and endothermic gasifying agents and to make available the carburettor used, at which high gasification efficiency and high power density low trace substance concentrations in the raw product gas can be.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des An spruches 1 bzw. des Anspruches 15 gelöst.This task is characterized by the characteristics in the To indicator claim 1 and of claim 15 solved.

Das im wesentlichen gleichmäßige radiale Strömungsprofil der Gase in der Wirbelschicht wird durch eine entsprechende Ein stellung und Verteilung der in die Wirbelschicht eingeblasenen Vergasungsmittel und ggf. auch zusätzlich eingeblasener gas förmiger Medien, beispielsweise rückgeführtes Produktgas, das beispielsweise in der Gasreinigung abgezweigt wird, einge stellt. Dabei ist selbstverständlich eine absolute Gleich mäßigkeit des radialen Strömungsprofils nicht erreichbar, zumal die Strömungsgeschwindigkeit in unmittelbarer Nähe der Wandung des Reaktionsraumes ohnehin merklich geringer ist. Entsprechendes gilt für die mittlere Geschwindigkeit der Gas strömung in Richtung der Längsachse des Wirbelschichtver gasers, die konstant ist oder nur geringfügig ansteigt. Jedoch wird die Homogenität entscheidend verbessert, da bei An näherung an ein gleichmäßiges radiales Strömungsprofil und an die genannten Bedingungen für die Geschwindigkeit der Gasströ mung in axialer Richtung ungleichmäßige Strömungsverhältnisse in der Wirbelschicht weitestgehend vermieden werden, die bei spielsweise die Segregation von spezifisch schwereren Mineral bestandteilen zur Folge haben können, welche Tatsache zu einem Absinken der Temperatur im unteren Bereich der Wirbelschicht führen kann. Weiterhin werden bei der durch die Erfindung an gestrebten Homogenität der Wirbelschicht merkliche Schwankun gen der Höhe der Wirbelschicht im Reaktionsraum vermieden oder doch zumindest sehr stark reduziert. Beim Ansteigen der Wirbelschicht innerhalb des Reaktionsraumes im Verlauf derar tiger Schwankungen wird mehr kohlenstoffhaltiger Staub aus dem Reaktionsraum ausgetragen mit der Folge einer Verringerung des C-Vergasungsgrades, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Verfah rens ebenfalls eine Verringerung erfährt. Eine homogene Wir belschicht gemäß der Erfindung vermeidet bei Vorliegen norma ler Betriebsbedingungen auch das Auftreten lokaler Strömungs strähnen mit deutlich höheren Strömungsgeschwindigkeiten sowie wenig bewegter oder toter Zonen. Das Vermeiden derartiger Strömungszustände bewirkt ebenfalls einen besseren Austausch der im Wirbelbett befindlichen gasförmigen und festen Kompo nenten quer zur Längsachse des Reaktionsraums des Vergasers, welche Tatsache ebenfalls zur Erzielun einer höheren Leistungsdichte beiträgt.The substantially uniform radial flow profile of the Gases in the fluidized bed are replaced by an appropriate one position and distribution of those blown into the fluidized bed Gasifying agent and possibly also additionally blown gas shaped media, for example recycled product gas, the is branched off, for example, in gas cleaning poses. Of course, this is an absolute match the radial flow profile cannot be achieved, especially since the flow velocity in the immediate vicinity of the Wall of the reaction space is noticeably less anyway. The same applies to the average speed of the gas flow in the direction of the longitudinal axis of the fluidized bed ver gasers, which is constant or increases only slightly. However the homogeneity is significantly improved, since with An approximation to a uniform radial flow profile and the conditions mentioned for the velocity of the gas flows uneven flow conditions in the axial direction are largely avoided in the fluidized bed, which at for example the segregation of specifically heavier mineral components can result in what fact about a Lowering of the temperature in the lower area of the fluidized bed can lead. Furthermore, at by the invention desired homogeneity of the fluidized bed noticeable fluctuation avoided against the height of the fluidized bed in the reaction chamber or at least very much reduced. When the Fluidized bed within the reaction space in the course of this fluctuations will result in more carbon-containing dust from the Reaction space carried out with the result of a reduction in C gasification levels, which increases the overall efficiency of the process rens is also experiencing a decrease. A homogeneous we Coating layer according to the invention avoids norma when present operating conditions also the occurrence of local flow streak with significantly higher flow velocities as well little moving or dead zones. Avoiding such Flow conditions also result in a better exchange the gaseous and solid compo in the fluidized bed elements transverse to the longitudinal axis of the reaction space of the gasifier, which fact also to achieve a higher one Power density contributes.

Durch das gleichmäßige radiale Geschwindigkeitsprofil im Sinne einer gleichmäßigen Geschwindigkeit und die annähernd gleich bleibende Gasgeschwindigkeit in axialer Richtung führt dazu, daß die Feststoffkonzentration in der Wirbelschicht im wesent lichen konstant ist. Dadurch werden ebenfalls unerwünschte Segregationseffekte zumindest merklich reduziert. Die obere Begrenzung der Wirbelschicht sollte unterhalb der unteren Ebene im Nachvergasungsraum liegen, in welcher Vergasungsmit tel in den Nachvergasungsraum eingeführt wird. Oberhalb der Wirbelschicht, also im Nachvergasungsraum, erfolgt eine deut liche Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in axialer Richtung. Diese Geschwindigkeit kann ggf. noch dadurch erhöht werden, daß Vergasungsmitteldüsen vorgesehen sind, deren Mündung so ausgerichtet ist, daß das austretende gasförmige Medium eine vertikal nach oben gerichtete Strömungskomponente aufweist.Thanks to the uniform radial speed profile a steady speed and the roughly the same permanent gas velocity in the axial direction leads to that the solids concentration in the fluidized bed essentially is constant. This also makes them undesirable Segregation effects at least noticeably reduced. The upper Limitation of the fluidized bed should be below the lower one Level in the post-gasification room, in which gasification tel is introduced into the post-gasification room. Above the Fluidized bed, i.e. in the post-gasification room, there is a slight Liche increase in gas velocity in the axial direction. This speed can possibly be increased by that gasifier nozzles are provided, the mouth so is aligned that the escaping gaseous medium has vertically upward flow component.

Die angestrebte Homogenität des Wirbelbettes wird im allge meinen dadurch begünstigt, daß Vergasungsmittel in wenigstens zwei einen horizontalen Abstand voneinander aufweisenden Ebe nen in das Wirbelbett eingeführt werden, wobei Anzahl und Ver teilung der einzelnen Zuführdüsen über den Umfang des Reak tionsraumes und auch der Abstand der beiden Ebenen voneinander von den jeweiligen Gegebenheiten, beispielsweise Beschaffen heit der zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Korngröße, Korngrößenverteilung, C-Gehalt oder dgl., abhängen können. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zuleitung von Vergasungsmitteln in das Wirbelbett in mehr als zwei einen vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Ebenen durchzufüh ren. Allerdings ist zu bedenken, daß in bezug auf die ange strebte Homogenität des Wirbelbettes jede Vergasungsmittelzu fuhr in das Wirbelbett hinein eine Störgröße darstellt, so daß es darauf ankommen wird, zwischen angestrebter Homogenität und unvermeidbarer Störung des Wirbelbettes durch die Zuführung von Vergasungsmitteln einen Kompromiß zu finden, der sich ei nem Optimum nähert. Dadurch, daß die Vergasungsmittel durch in der Wandung des Reaktors angeordnete Düsen, die, wenn Über haupt, mit ihrem Ausströmende nur wenig von der Wandung des Reaktionsraumes in letzteren hineinragen, in das Wirbelbett eingeblasen werden, können Einbauten im Reaktor im Bereich des Wirbelbettes vermieden werden, welche Tatsache ebenfalls die Homogenität desselben begünstigt. Entsprechendes gilt für das Einführen der zu vergasenden frischen Materialien und der rückgeführten Feststoffe in das Wirbelbett.The desired homogeneity of the fluidized bed is generally mean favored by the fact that gasifying agents in at least two levels spaced horizontally from each other NEN are introduced into the fluidized bed, the number and ver division of the individual feed nozzles over the circumference of the reac tion space and also the distance between the two levels of the respective circumstances, e.g. procurement unit of the carbon-containing materials to be gasified, such as Grain size, grain size distribution, C content or the like depend can. Of course, it is also possible to use the supply line of gasifying agents in the fluidized bed in more than two ones vertically spaced planes ren. However, it should be borne in mind that with regard to the Fluid bed homogeneity aimed at any gasifying agent drove into the fluidized bed represents a disturbance, so that it will depend between the desired homogeneity and unavoidable disturbance of the fluidized bed by the feed of gasification agents to find a compromise, which ei approaching the optimum. The fact that the gasification agent by in nozzles arranged on the wall of the reactor which, if over at all, with its outflow end little of the wall of the Protrude into the latter, into the fluidized bed can be blown, internals in the reactor in the area of the fluidized bed can be avoided, which fact as well the homogeneity of it favors. The same applies to the introduction of the fresh materials to be gasified and the recycled solids into the fluidized bed.

Es ist zweckmäßig, beide Materialien in Wandnähe in die Wir belschicht einzuführen, und zwar ggf. an zwei einander gegen überliegenden Stellen in derselben Ebene, um auch die durch das Einführen der festen Materialien bedingten Störungen des Wirbelbettes so gering wie möglich zu halten. Bei Eintragen von mehr als zwei Materialströmen in den Reaktionsraum können die Eintragsstellen vorteilhafterweise symmetrisch über den Umfang des Reaktionsraumes verteilt sein. Allerdings kann es unter Umständen auch erforderlich sein, die zu vergasenden frischen Materialien und den rückgeführten Feststoff an Stel len in die Wirbelschicht einzuführen, die parallel zur Längsachse des Reaktionsraumes einen Abstand voneinander auf weisen. Dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn die Größe des Vergasers, insbesondere dessen Umfang, im Bereich der Eintragsstellen nicht genügend Platz bietet, um alle für das Eintragen notwendigen Einrichtungen, Armaturen usw. in ei ner Ebene unterzubringen. Das Eintragen der festen Materia lien an der das Wirbelbett begrenzenden Wandung des Reaktions raumes hat zudem den Vorteil, daß die eingetragenen festen Materialien sich zunächst in unmittelbarer Nähe der Wandung nach unten bewegen, bevor sie sich mit den im Wirbelbett befindlichen Feststoffteilchen intensiv vermischen. Diese nach unten gerichtete Bewegung ist im wesentlichen darauf zurückzu führen, daß, wie bereits erwähnt, in unmittelbarer Nähe der Wandung die Geschwindigkeit aufgrund der Reibung zwischen Wan dung und Gas geringer ist. Sie erhöht die Verweilzeit dersel ben und damit die Umsatzrate des festen Kohlenstoffes in der Wirbelschicht.It is advisable to place both materials near the wall in the we to introduce a layer, if necessary against two against each other overlying points on the same level to also pass through the introduction of solid material-related disorders of the Keep the fluidized bed as low as possible. When entering of more than two material flows into the reaction space the entry points advantageously symmetrical about the The extent of the reaction space should be distributed. However, it can may also be required to be gasified fresh materials and the returned solid to Stel len into the fluidized bed parallel to the Longitudinal axis of the reaction space at a distance from each other point. This will be the case in particular if the Size of the carburetor, especially its scope, in the area The entry points do not have enough space to accommodate everyone the entry of necessary facilities, fittings, etc. in an egg to accommodate one level. Entering the solid materia lien on the wall of the reaction bordering the fluidized bed Raumes also has the advantage that the registered fixed Materials are initially in the immediate vicinity of the wall move down before moving into the fluidized bed Mix any solid particles present. This after downward movement is essentially due to this cause, as already mentioned, in the immediate vicinity of the Wall speed due to the friction between Wan dung and gas is lower. It increases the dwell time ben and thus the turnover rate of the solid carbon in the Fluidized bed.

Diese Zusammenhänge lassen es auch zweckmäßig erscheinen, die wenigstens eine Ebene, in welcher die festen Materialien in das Wirbelbett eingetragen werden, in einem Mindestabstand un terhalb der oberen Begrenzungsfläche des Wirbelbettes anzuord nen, wobei dies auch die Homogenität jedenfalls im oberen Be reich des Wirbelbettes begünstigt, die von besonderer Bedeu tung ist auch im Hinblick auf das Bestreben, die Menge des aus der Wirbelschicht mit dem Gas nach oben, also in den Nachreak tionsraum, ausgetragenen feinstkörnigen Feststoffes ein be stimmtes Maß nicht überschreiten zu lassen.These relationships also make it seem appropriate that at least one level in which the solid materials in the fluidized bed are entered at a minimum distance un to be arranged below the upper boundary surface of the fluidized bed nen, whereby this also the homogeneity at least in the upper range favors the fluidized bed, which is of particular importance tion is also in terms of endeavoring to set the amount of the fluidized bed with the gas up, so in the post-freak tion space, discharged fine-grained solid be not to let the right measure be exceeded

Üblicherweise werden halbe Kegelwinkel in der Größe zwischen 6° und 10° gewählt. Bei dieser Ausgestaltung kann das für den möglichst weitgehenden Reaktionsumsatz notwendige Wirbelschichtvolumen überwiegend in dem für die Vergasungsvor gänge günstigen, kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt des Reaktionsraumes untergebracht werden, so daß der obere Bereich der Wirbelschicht nur um ein geringes Maß in den zylindrischen Abschnitt des Reaktionsraumes hineinreicht.Usually half cone angles are between in size 6 ° and 10 ° selected. With this configuration, this can be for the reaction conversion necessary as far as possible Fluidized bed volume predominantly in that for the gasification favorable, frustoconical lower section of the Reaction space are housed, so that the upper area the fluidized bed only to a small extent in the cylindrical Section of the reaction space extends into it.

Bezüglich des Eintragens der rückgeführten Feststoffe in die Wirbelschicht ist es vorteilhaft, daß die Rückführleitung un ter einem Winkel zwischen 10° und 30° gegenüber der inneren Wandung des kegelstumpfförmigen unteren Abschnittes des Wir belschichtvergasers geneigt ist. Eine besonders intensive Ver mischung der rückgeführten Feststoffe mit den in der Wirbel schicht befindlichen Feststoffen kann dadurch erreicht werden, daß die rückgeführten Feststoffe mit einem der Wandneigung folgenden Eintragsimpuls in die Wirbelschicht eingetragen wer den. Dazu könnte z. B. die in der DE-OS 36 17 802 der Anmelde rin offenbarte Einrichtung verwendet werden.Regarding the entry of the returned solids in the Fluidized bed, it is advantageous that the return line un ter an angle between 10 ° and 30 ° to the inner Wall of the frusto-conical lower section of the we bed layer gasifier is inclined. A particularly intense ver mixing the recycled solids with those in the vortex layered solids can be achieved that the recycled solids with one of the wall slope following entry pulse in the fluidized bed who entered the. This could, for. B. in DE-OS 36 17 802 of the application rin disclosed device can be used.

Als geeignete Eintragsorgane für die Feststoffe können Ein tragsschnecken, unter der Wirkung der Schwerkraft arbeitende Schrägrohre und pneumatisch betriebene Eintragsorgane verwen det werden, wobei an demselben Vergaser unterschiedliche Ein tragsorgane vorgesehen sein können. Bei mehreren Einmündungen für den Eintrag der zu vergasenden Feststoffe ist eine symme trische Verteilung der Eintragsstellen ggf. einschließlich der Eintragsstelle für die rückgeführten Feststoffe vorteilhaft, um eine gleichmäßige Beschickung über den Umfang zu erreichen.A suitable entry organs for the solids can be A slugs, working under the action of gravity Use inclined pipes and pneumatically operated entry elements be det, different on the same carburetor supporting bodies can be provided. With several junctions there is a symme for the entry of the solids to be gasified trical distribution of entry points, including where appropriate Entry point for the returned solids advantageous, in order to achieve a uniform loading over the circumference.

Die Düsen der ersten Düsenebene oberhalb der Wirbelschicht zur Zuführung von gasförmigem Vergasungsmittel innerhalb des zy lindrischen oberen Abschnittes des Reaktionsraumes, der beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 m haben kann, sind vorzugsweise leicht nach unten in Richtung auf die Wirbelschicht geneigt. Die auf diese Weise bewirkte vertikal nach unten gerichtete Strömungskomponente des einge blasenen gasförmigen Mediums wirkt der vorherrschenden nach oben gerichteten axialen Gasströmung entgegen, wodurch ein Teil des aus der Wirbelschicht austretenden Feststoffes wieder in die Wirbelschicht zurückbewegt wird. Dies hat eine Verlän gerung der Reaktionszeit und damit eine Verbesserung des Reaktionsumsatzes zur Folge. Düsen einer ggf. darüber angeord neten weiteren Düsenebene im Nachreaktionsraum können mit ih ren Mündungen nach oben gerichtet sein, um durch die dadurch bewirkte vertikal nach oben gerichtete Strömungskomponente die Gasgeschwindigkeit im oberen Bereich des Nachvergasungsraumes zu erhöhen.The nozzles of the first nozzle level above the fluidized bed Supply of gaseous gasification agent within the zy Lindrischen upper section of the reaction space, the for example a diameter of the order of 2 m are preferably slightly down towards inclined to the fluidized bed. The caused in this way vertically downward flow component of the turned Bubble gaseous medium has an effect on the prevailing one opposite axial gas flow, causing a Part of the solid emerging from the fluidized bed again is moved back into the fluidized bed. This has an extension reduction in response time and thus an improvement in Reaction sales result. Nozzles one arranged above if necessary neten further nozzle level in the post-reaction space can with ih mouths to be directed upwards through which caused the vertically upward flow component Gas velocity in the upper area of the post-gasification room to increase.

Um hohe C-Vergasungsgrade zu erreichen, ist eine Mindestver weilzeit des C-haltigen Feststoffes in der Wirbelschicht er forderlich. Die Verweilzeit der Feststoffteilchen in der Wir belschicht ist im wesentlichen vom Volumen, welches die Wir belschicht einnimmt, abhängig. Ein größeres Wirbelschichtvolu men bei gleichem Durchmesser des zylindrischen Abschnittes wird erreicht, wenn der halbe Kegelwinkel verringert wird und die Höhe des Kegelstumpfes - und damit einhergehend die Höhe der Wirbelschicht - vergrößert wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, den halben Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnit tes des Reaktionsraumes so zu wählen, daß die Wirbelschicht mit maximal dem 2-fachen Durchmesser des zylindrischen oberen Abschnittes überdeckt ist. D. h., daß der Abschnitt des Wirbel bettes, der sich in dem zylindrischen Bereich des Reak tionsraumes befindet, eine axiale Erstreckung aufweist, die maximal dem 2-fachen Durchmesser des zylindrischen oberen Ab schnittes entspricht; Bei einem Durchmesser von 2 m dieses zy lindrischen Abschnittes kann die Überdeckung beispielsweise 3 m betragen.In order to achieve high C gasification levels, a minimum ver because of the C-containing solid in the fluidized bed conducive. The residence time of the solid particles in the We The fluid bed is essentially of the volume that the we takes up, depending. A larger fluidized bed volume men with the same diameter of the cylindrical section is achieved when the half cone angle is reduced and the height of the truncated cone - and with it the height the fluidized bed - is enlarged. It can be beneficial be half the cone angle of the frustoconical section tes of the reaction chamber to be chosen so that the fluidized bed with a maximum of 2 times the diameter of the cylindrical top Section is covered. That is, the section of the vertebra beds that are in the cylindrical area of the reak tion space is located, has an axial extension, the maximum 2 times the diameter of the cylindrical upper Ab cut corresponds; With a diameter of 2 m this zy In the cylindrical section, the overlap can be 3 m.

Einsatzstoffe mit niedrigerer Reaktionsfähigkeit, z. B. Stein kohle, benötigen eine größere Mindestverweilzeit für einen vollständigen Umsatz und damit bei im übrigen gleichen Be dingungen ein größeres Wirbelschichtvolumen als reaktionsfreu digere Einsatzstoffe, z. B. Braunkohle. Allerdings ist die Ge schwindigkeit, mit welcher der C-fix-Anteil der Feststoffe im Vergaser umgesetzt wird, auch vom Partialdruck der exothermen und endothermen Vergasungsmittel - hauptsächlich O₂, H₂O, CO₂ - abhängig. Wird der Partialdruck der Vergasungsmittel im Vergaser durch Druckabsenkung und/oder durch Inertgas-Anteile gesenkt, ist eine höhere Mindestverweilzeit erforderlich. Feedstocks with lower reactivity, e.g. B. coal, require a larger minimum residence time for a complete conversion and thus with the same conditions Be a larger fluidized bed volume than more reactive digest materials such. B. lignite. However, the speed at which the C-fix portion of the solids in the gasifier is implemented also depends on the partial pressure of the exothermic and endothermic gasifying agents - mainly O ₂ , H ₂ O, CO ₂ . If the partial pressure of the gasifying agent in the gasifier is reduced by lowering the pressure and / or by using inert gas, a longer minimum dwell time is required.

Bei der Vergasung von reaktiver Braunkohle ist es zweckmäßig, einen halben Kegelwinkel zu wählen, der zwischen 6° und 10° liegt.When gasifying reactive lignite, it is advisable to choose a half cone angle that is between 6 ° and 10 ° lies.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Verwendung von Luft zur Bereitstellung des erforderlichen exothermen Ver gasungsmittels durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, ein Gemisch aus O₂ einerseits und Luft andererseits, d. h., angereicherte Luft, oder Gemische aus O₂ und anderen Vergasungsmitteln zu verwenden.The method according to the invention can be carried out using air to provide the necessary exothermic gasifying agent. However, it is also possible to use a mixture of O ₂ on the one hand and air on the other hand, ie enriched air, or mixtures of O ₂ and other gasifying agents.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch in starker VereinfachungIn the following the invention will be explained with reference to an embodiment described in more detail. Each shows schematically in great simplification

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich eines Wirbelschicht-Vergasers, Fig. 1 shows a longitudinal section through the lower portion of a fluidized bed gasifier,

Fig. 2 radiale Strömungsprofile der axialen Gasströmung in der Wirbelschicht, Fig. 2 radial flow profile of the axial gas flow in the fluidized bed,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den unteren Bereich eines Wirbelschichtvergasers etwa in der Ebene III-III der Fig. 1. Fig. 3 is a horizontal section through the lower portion of a fluidized bed gasifier approximately in the plane III-III in FIG. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte HTW-Vergaser 1 ist mit einem oberen zylindrischen Abschnitt 2 mit dem Innendurchmesser d versehen. An den oberen Abschnitt 2 schließt der untere Ab schnitt 3 an, der die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes aufweist. Sein größer Durchmesser entspricht dem Durchmesser d des oberen zylindrischen Abschnittes 2. Sein kleinster Durch messer 4 wird vom Querschnitt der beiden Einrichtungen 5 für den Bodenabzug bestimmt. Daraus ergibt sich bei vorgegebenem halbem Kegelwinkel 11 eine bestimmte axiale Länge h für den unteren Abschnitt 3 des HTW-Vergasers 1.The HTW carburetor 1 shown in the drawing is provided with an upper cylindrical section 2 with the inside diameter d. At the upper portion 2 of the lower section of Ab includes 3 having the shape of an inverted truncated cone. Its larger diameter corresponds to the diameter d of the upper cylindrical section 2 . Its smallest diameter 4 is determined by the cross section of the two devices 5 for the floor deduction. For a given half cone angle 11, this results in a specific axial length h for the lower section 3 of the HTW carburetor 1 .

Etwa auf halber Höhe h/2 mündet seitlich ein Eintrag 6 in den unteren Abschnitt 3, über den der kohlenstoffhaltige Feststoff 7 in die Wirbelschicht 8 eingetragen wird. Gegenüber dem Ein trag 6 und auf gleicher Höhe von etwa h/2 mündet die Rückführ leitung 9 in den unteren Abschnitt 3. Über die Rückführleitung 9 wird in einem Zyklon oder dgl. aus dem Produktgas abgeschie dener Staub 10 in die Wirbelschicht 8 zurückgeführt. Wenn bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der halbe Ke gelwinkel 11 des unteren Abschnittes 3 8° beträgt, ist die Rückführleitung 9 gegenüber der Wandung des unteren Abschnit tes 3 unter einem Winkel 12 von 22° geneigt.About halfway up h / 2, an entry 6 opens laterally into the lower section 3 , via which the carbon-containing solid 7 is introduced into the fluidized bed 8 . Compared to the order 6 and at the same level of about h / 2, the return line 9 opens into the lower section 3 . About the return line 9 in a cyclone or the like. From the product gas separated dust 10 is returned to the fluidized bed 8 . If in the embodiment shown in Fig. 1, the half Ke gelwinkel 11 of the lower section 3 is 8 °, the return line 9 is inclined relative to the wall of the lower section 3 at an angle 12 of 22 °.

Durch die Einrichtung 5 für den Bodenabzug wird die Wirbel schicht 8 mit Recyclegas 13 beaufschlagt, das zugleich als Sperr- und Kühlgas dient. Zur Basisfluidisierung wird der Wirbelschicht 8 über die Zuleitung 14 Wasserdampf zugeführt. Dabei bildet sich im unteren Teil der Wirbelschicht 8 eine ge ringe axiale Strömung aus. Mit der Zufuhr von Luft 16 oder ei nem anderen ein exothermes Vergasungsmittel enthaltenen Ge misch in einem axialen Abstand 17 von mindestens 50 cm unter halb der horizontalen Querschnittsebene III-III erhöht sich die axiale Gasströmung 18 gegenüber der Gasströmung 15 gering fügig.By the means 5 for the bottom take the eddy 8 is acted upon with recycle 13 layer, which also serves as a barrier and cooling gas. For basic fluidization, the fluidized bed 8 is supplied with water vapor via the feed line 14 . A ge rings axial flow forms in the lower part of the fluidized bed 8 . With the supply of air 16 or egg nem another containing an exothermic gasification mixture at an axial distance 17 of at least 50 cm below half the horizontal cross-sectional plane III-III, the axial gas flow 18 increases slightly compared to the gas flow 15 .

Weitere Steigerungen erfahren die Gasströmungen 19 und 20 durch die Zufuhr von weiterer Luft bzw. exothermem Vergasungs mittel 21 bzw. 22 und die nach oben fortschreitende Umwandlung des Einsatzstoffes 7 in Kohlegas. Die obere Grenze 23 der Wir belschicht 8 befindet sich in einem axialen Abstand oberhalb des größten Durchmessers d des unteren Abschnittes 3, so daß der von der oberen Grenze 23 oberseitig begrenzte Teil der Wirbelschicht den im unteren Abschnitt 3 befindlichen Teil 25 derselben um das Maß ü überdeckt. Das Maß der Überdeckung ü beträgt im gewählten Beispiel, bei welchem der zylindrische Abschnitt 2 des HTW-Vergasers 1 einen Innendurchmesser d von 2,8 m hat, 1 m.The gas flows 19 and 20 experience further increases through the supply of further air or exothermic gasification means 21 or 22 and the progressive conversion of the feed 7 into coal gas. The upper limit 23 of the Wirbelschicht 8 is located at an axial distance above the largest diameter d of the lower section 3 , so that the part of the fluidized bed delimited on the upper side by the upper limit 23 of the part 25 of the same located in the lower section 3 by the amount ü covered. The dimension of the overlap ü is 1 m in the selected example, in which the cylindrical section 2 of the HTW carburetor 1 has an inner diameter d of 2.8 m.

In einer weiteren Einlaßebene wird noch exothermes Vergasungs mittel 26 unter einem Winkel 27 von etwa 60° in Richtung auf die Wirbelschicht 8 eingeblasen. Der Luftstrom 26 bewirkt, daß der aus der Wirbelschicht in Form von Blasen austretende Fest stoff unmittelbar mit dem zugegebenen Vergasungsmittel rea giert und der dabei nicht umgesetzte Feststoff einen Impuls in Richtung der Wirbelschicht erfährt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der oberseitig aus der Wirbelschicht 8 austre tenden und in die Nachvergasungszone strömenden Gase wird durch weiter oben angeordnete Vergasungsmittel-Düsen 36 er zielt, die unter einem Winkel 37, der ebenfalls etwa 60° be trägt, nach oben gerichtet sind.In a further inlet level, exothermic gasification medium 26 is blown in at an angle 27 of approximately 60 ° in the direction of the fluidized bed 8 . The air stream 26 causes the solid substance emerging from the fluidized bed in the form of bubbles to react immediately with the added gasifying agent and the unreacted solid experiences a pulse in the direction of the fluidized bed. An increase in the speed of the top emerging from the fluidized bed 8 and flowing into the post-gasification zone is by means of gasifying nozzles 36 arranged further above, which are aimed at an angle 37 , which also bears approximately 60 °, upwards.

In der linken Hälfte der Fig. 2 ist die Ausströmung des Gas strömungsprofils in radialer Richtung in den einzelnen hori zontalen Ebenen des unteren Abschnittes 3 des HTW-Vergasers dargestellt. Hierbei ist erkennbar, daß es sich bei der in Fig. 1 über die Pfeile 15, 18, 19 und 20 angedeuteten Ge schwindigkeit um jeweils die mittlere Geschwindigkeit der in den einzelnen Einblasebenen 14, 16, 21 und 22 vorherrschenden Gasgeschwindigkeit handelt. Die Zunahme dieser Gasgeschwindig keit ist auf der rechten Seite der Fig. 2 durch die Linie 28 dargestellt. Diese läßt erkennen, daß die mittlere Gasge schwindigkeit 15, 18, 19 und 20 an den zugehörigen Einblas stellen 14, 16, 21 und 22 jeweils eine sprunghafte Änderung 29 erfährt. Im Mittel stellt sich allerdings eine stetig zuneh mende Gasgeschwindigkeit ein, wie sie durch die Strich-Doppel punkt-Linie 30 angedeutet ist. Die Linie 30 stellt die mitt lere Gasgeschwindigkeit dar, wenn man sich die Geschwindig keitspfeile 34, 15, 18, 19 und 20 nach rechts umgeklappt und auf der Linie 35 als Basis aufgetragen vorstellt. Bezogen auf die Anfangsgeschwindigkeit 15 erfährt die Geschwindigkeit 20 in der letzten Einblasebene 22 eine Zunahme zwischen 130 und 300%.In the left half of Fig. 2, the outflow of the gas flow profile is shown in the radial direction in the individual horizontal levels of the lower section 3 of the HTW carburetor. It can be seen that it is in Fig. 1 indicated by the arrows 15 , 18 , 19 and 20 Ge speed to the mean speed of the prevailing gas velocity in the individual injection planes 14 , 16 , 21 and 22 . The increase in this gas velocity is shown on the right side of FIG. 2 by line 28 . This shows that the average Gasge speed 15 , 18 , 19 and 20 at the associated blowing 14, 16, 21 and 22 each undergoes a sudden change 29 . On average, however, there is a steadily increasing gas velocity, as indicated by the dash-double-dot line 30 . Line 30 represents the mean gas velocity if you look at the speed arrows 34 , 15 , 18 , 19 and 20 folded to the right and imagined plotted on line 35 as the basis. Based on the initial speed 15 , the speed 20 in the last injection plane 22 experiences an increase between 130 and 300%.

In der Fig. 3 mündet in der horizontalen Ebene III-III von rechts die Rückführleitung 9 in den unteren Abschnitt 3 des HTW-Vergasers 1. Der Rückführleitung 9 gegenüber liegt ein Eintrag 6 für den zu vergasenden Einsatzstoff 7. Symmetrisch zum Eintrag 6 sind in jeweils gleich großen seitlichen Abstän den 31 in derselben horizontalen Ebene III-III zwei weitere Einträge 32 bzw. 33 für den zu vergasenden Einsatzstoff 7 vor gesehen. Es kann jedoch zweckmäßiger sein, abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 3 die vier Eintragsstellen entsprechend den Zuleitungen 6 für den zu vergasenden Feststoff und der Rückführleitung 9 insgesamt symmetrisch anzuordnen, so daß sie einen Abstand im Bogenmaß von 90° aufweisen. Bei zwei Zuführ leitungen für den zu vergasenden Feststoff würden demzufolge die Abstände zwischen diesen und der Rückführleitung 120° be tragen. In FIG. 3, the return line 9 opens into the lower section 3 of the HTW carburetor 1 in the horizontal plane III-III from the right. The return line 9 is opposite an entry 6 for the feed 7 to be gasified. Symmetrically to the entry 6 , the 31 in the same horizontal plane III-III, two further entries 32 and 33 for the feed material 7 to be gasified are seen in front of the same size in each case. However, it may be more convenient, symmetrical manner different from the representation according to FIG. 3, the four entry locations corresponding to the leads 6 to be gasified solid and the return line 9 as a whole, so that they have a distance in the radian measure of 90 °. With two feed lines for the solid to be gasified, the distances between them and the return line would therefore be 120 °.

Es sei noch angemerkt, daß auch das Recyling-Gas 13 eine ge ringe Gasströmung 34 im untersten Teil der Wirbelschicht 8 hervorruft, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.It should also be noted that the recycling gas 13 causes a low gas flow 34 in the lowest part of the fluidized bed 8 , as shown in FIG. 2.

Im folgenden sind die wichtigsten Daten eines Ausführungsbei spiels eines HTW-Vergasers für den Einsatz in einem Kombi kraftwerk unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung angegeben:
The most important data of an exemplary embodiment of an HTW carburetor for use in a combination power plant using the method according to the invention are given below:

- thermal output 600 MW,
- Power density 55 MW / m2
- Input material: dry lignite with 12 to 18% water content,
- amount of dry brown coal 160 t / h,
- gasification pressure 27bar,
- Inside diameter of the cylindrical section of the Reaction space 3.7 m,
- half cone angle 8 °,
- Inclination of the return line in relation to the inner wall of the lower section 22 °,
- three gasification agent nozzle levels in the fluidized bed,
- two gasification agent nozzle levels in the post-gasification space,
- Recirculated gas for purging the exhaust shafts of the Soil product,
- basic fluidization with steam,
- Registration of dry lignite with the help of snails and over a sloping tube halfway up the frustoconical lower section,
- Dry brown coal is in two or three places, symmetrically distributed with respect to the return line arranged, registered,
- 1.0 m below the entry of dry lignite the lowest gasification nozzle level,
- The nozzles of the first gasification medium level in Post-gasification space is below 60 ° to the vertical inclined and blow to the upper limit of the Fluidized bed, which has an overlap of about 1 m,
- The nozzles of the top middle gasification level in Post-gasification room are opposite at an angle of 60 ° inclined vertically and blow upwards into the Gasification room into it,
- The radial gas velocity profile shows one for homogeneous fluidized fluidized beds with typical training uniform speed distribution over the cross-section
- The axial gas velocity increases in the direction of flow easy on.

Claims

1. A process for gasifying carbon-containing solids with gaseous, oxygen-containing gasifying agents in a cylindrical fluidized bed gasifier, which has a reaction chamber, the lower portion of which has the shape of a truncated cone, within which at least the major part of the fluidized bed is located, the cone frustum shaped Section gaseous gasifying agents and, if appropriate, solids to be gasified and recycled solids which were discharged from the reaction space of the gasifier are introduced, characterized in that
the height (h) of the lower section ( 3 ) is between 1 and 6 times the diameter (d) of the cylindrical section ( 2 ) of the fluidized bed gasifier ( 1 ),
the supply of the gasification means ( 14 , 16 , 21 , 22 ) and any other gaseous media is adjusted so that in each horizontal cross-sectional plane (III-III) of the fluidized bed ( 8 ) an essentially uniform, radial flow profile ( 15 , 18 , 19 , 20 ) of the gas flow in the fluidized bed, it is generated and the average velocity ( 30 ) of the gas flow in the direction of the longitudinal axis ( 35 ) of the gasified gas bed is constant at least in the region of the fluidized bed or increases slightly.

2. The method according to claim 1, characterized in that the solids to be gasified ( 7 ) are entered in the vicinity of the wall of the reaction chamber in this.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the recycled solids ( 10 ) in the vicinity of the wall of the reaction space are entered in this.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified are entered at an axial distance of at least 50 cm below the upper limit ( 23 ) of the fluidized bed ( 8 ).

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the recycled solids are entered at an axial distance of at least 50 cm below the upper limit ( 23 ) of the fluidized bed ( 8 ).

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the solids to be gasified at a Place that are opposite the place where wel cher the recycled solids are entered, for example Is offset by 180 °.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solids to be gasified at least two places ( 6 , 32 , 33 ) are entered, which are arranged in the same horizontal plane (III-III) at a distance from each other.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the solids to be gasified and the recycled solids essentially in the same horizon valley level.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the solids to be gasified and the recycled solids essentially symmetrical about the extent of the reaction space distributed in the latter be entered.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the solid to be gasified and possibly also the returned solids are entered in places, which are axially offset from each other.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the part ( 25 ) of the fluidized bed ( 8 ) located within the lower section ( 3 ) is covered by another part ( 24 ) of this fluidized bed ( 8 ), the axial height ( ü) up to 2 times the diameter (d) of the fluidized bed gasifier ( 1 ).

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the gaseous gasifying agent in little at least two that are at a vertical distance from each other Levels in the frustoconical section of the reaction space be entered.

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the need for exothermic gasifying agents covered by blowing air into the reaction space becomes.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the need for exothermic gasifying agents is at least partially covered by oxygen, which is not Is part of air blown into the reaction space.

15. Fluidized bed gasifier for gasifying carbon-containing solids using gaseous, oxygen-containing gasifying agents with a cylindrical section which continues downwards into a truncated cone-shaped section, the latter taking up at least part of the fluidized bed and nozzles for blowing in the gaseous gasifying agents and optionally at least one feed line for the solid to be gasified and one feed line for introducing recycled solid which has been discharged from the reaction chamber with the product gas into this section, characterized in that
half the cone angle ( 11 ) of the lower section ( 3 ) is between 2 ° and 20 °,
the gasification means ( 14 , 16 , 21 , 22 ) can be fed via nozzles which are distributed over the circumference of the frustoconical section ( 3 ) at intervals from one another in at least two horizontal planes (III-III, 16 ) having an axial distance ( 17 ) from one another and are provided in at least one nozzle plane ( 26 ) above the fluidized bed ( 8 ) in the cylindrical section ( 2 ) and
the return line ( 9 ) is inclined at an angle ( 12 ) between 15 ° and 30 ° to the inner wall of the lower section ( 3 ).

16. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the feed line ( 6 ) for the solid material to be gasified ( 7 ) at an axial distance of at least 50 cm below half the upper limit ( 23 ) of the fluidized bed ( 8 ) in the underneath Section ( 3 ) opens.

17. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the feed line ( 9 ) for the recycled solid material at a distance of at least 50 cm below the upper limit ( 23 ) of the fluidized bed ( 8 ) opens into the lower section ( 3 ).

18. Fluidized bed gasifier according to one of claim 15, characterized in that the feed line ( 6 ) for the solid to be gasified ( 7 ) is arranged offset by approximately 180 ° with respect to the feed line for the recycled solid.

19. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that at least two inlets ( 6 , 32 , 33 ) for the solids to be gasified are arranged at intervals ( 31 ) from one another in the same horizontal plane (III-III).

20. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized records that at least two feeders for gasifying the solids are provided in horizontal planes in open the reaction chamber, which are axially offset from each other are arranged.

21. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized records that the feeds for the solid to be gasified substances and the recycled solids symmetrically over the Scope of the reaction space are arranged distributed.

22. Fluidized bed gasifier according to claim 17, characterized in that one of the nozzle levels ( 16 ) through which exothermic gasifying agent is supplied at an axial distance up to 250 cm below the level in which the solid to be gasified ver ( 7 ) entered is arranged.

23. Fluidized bed gasifier according to claim 15, characterized in that the nozzles ( 26 ) of the above the upper limit ( 23 ) of the fluidized bed ( 8 ) in the cylindrical section ( 2 ) of the reaction chamber provided nozzle plane at an angle ( 27 ) between 45 and Run 75 ° inclined towards the fluidized bed ( 8 ).