-
-
Verfahren zur Gaserzeugung aus kohlenstoffhaltigen Brenn-
-
stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gaserzeugung aus
kohlenstoffhaltigen Brennstoffen durch Vergasen mit einem oder mehreren Vergasungsmitteln
mittels Wirbelschicht- und Flugstaubvergasung, wobei die Vergasungsrückstände unten
aus dem Reaktor ausgetragen werden, das aus der Wirbelschichtzone aufsteigende Produktgas
den Reaktor nach Passieren einer Beruhigungszone oben verläßt, der im Produktgas
enthaltene Flugstaub weitgehend separiert wird und der separierte Flugstaub in den
Reaktor zurückgeführt wird.
-
Mehrere Verfahren zur Vergasung von festen Brennstoffen in Wirbelschichtreaktoren
sind bekannt. Ein wesentliches Problem dieser Verfahren ist die Abscheidung bzw.
Nachbehandlung des aus der Wirbelschicht austretenden Staubes.
-
Ein Unterlassen der Nachbehandlung senkt den Wirkungsgrad so weit,
daß eine Wirtschaftlichkeit nur unter besonderen Umständen, z.B. bei direkter anderweitiger
Vernçertung des Flugstaubes gegeben ist.
-
Allen Verfahren ist deshalb gemeinsam, daß der aus der Wirbelschicht
austretende Flugstaub nachbehandelt wird, sei es durch eine Obervergasungsstufe
und/oder durch eine zumindest teilweise Rückführung des Staubes in den Wirbelschichtreaktor.
-
Ein spezifisches Merkmal konvert oneller Wirbelschichtreaktoren (Winklergeneratoren)
ist die sogenannte Obervergasung. Hierbei wird durch Düsenkränze in der Reaktor-
war.d,
die oberhalb der Wirbelschicht angebracht sind, Vergasungsmittel in den Freiraum
oberhalb der Wirbelschicht eingedüst. Diese Vergasungsmittel reagieren mit dem Gas
aus der Wirbelschicht; die hierbei entstehende Wärme wird zur Vergasung des Kohlenstoffanteils
des ausgetragenen Flugstaubes genützt (J.Anwer, F.Bogner Kohlevergasung im Fluidatbett
<Winkler-Vergasung) unter Druck, Brennst.-lärme,Kraft, 28 (1976), 57).
-
Limitiert wird die Vergasungsmittelmenge in der Obervergasung durch
die entstehenden Tenperaturen, da ein Flüssigwerden oder auch Teigigwerden der mitgeführten
Aschepartikel vermieden werden muß. Ist die Temperatur in Bezug auf das Ascheverhalten
der eingesetzten Kohle zu hoch gewählt, kommt es zu Anbackungen an den Wänden im
Freiraum des Reaktors und in nachgeschalteten Anlagenteilen, die den Betrieb der
Anlage beeinträchtigen können.
-
Die als Folge der im gesamten Beruhigungsraum ablaufenden Obervergasung
sehr hohen Gas aus laß temperaturen beeinträchtigen weiterhin den Vergasungswirkungsgrad,
da ein Teil der mit der Kohle eingetragenen Energie den Reaktor nicht in Form von
chemisch gebundener Wärme sondern als fühlbare Wärme verläßt. Ein Wärmeaustausch
zwischen Wirbelschicht und der Obervergasungsstufe tritt nicht auf.
-
Im sogenannten HTW-Prozeß, Rheinische Braunkohlenwerke AG, mit klassischer
Obervergasung wird der grobe Flugstaub in die Wirbelschicht zurückgeführt. Für die
Obervergasung werden über einen oder mehrere Düsenkränze in unterschiedlicher Höhe
die Vergasungsmittel in den Reaktor eingebracht. Auch diese Lösung weist die Nachteile
des konventionellen Winkler-Verfahrens auf. Die zuführbare Menge an Vergasungsmittel
wird - wie beim konventionellen Winkler-Verfahrens - durch die Temperatur, bei der
die Asche zu
sintern beginnt, begrenzt, wobei auch Temperaturspitzen
in Wandnähe berücksichtigt werden müssen. Die Asche wird zum kleineren Teil am Vergaserfuß
und zum größeren Teil in Form von Flugasche via Zyklon aus dem Verfahren entfernt.
-
In weiteren Verfahren (Westinghause, The Westinghause Coal Gasification
Process, International Gas Research Conference June 1980; The U-Gas Process, Energy
Research Vol. 4, 149 (1980) ) wird der im Primärzyklon abgeschiedene Flugstaub mit
Dampf/Kreislaufgas, o. ähnl. am Reaktorfuß zusammen mit der Frischkohle in die Wirbelschicht
zurückgeführt und unter Zugabe von Vergasungsmitteln bei so hohen Temperaturen umgesetzt,
daß die Asche agglomeriert und am Vergaserfuß in Form von Agglomeraten abgeführt
werden kann. Die bei der Umsetzung entstehende heiße Zone ist integraler Bestandteil
der Wirbelschicht.
-
Eine für die kommerzielle Nutzung notwendige Vergrößerung der Anlage
erscheint problematisch.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten
bekannter Verfahren zu überwinden und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,
das bei sehr guter Ausnutzung des im Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffs und bei
einer wirksamen Verminderung der Belastung des Gasstromes durch Feststoffe die Reaktion
im Wirbelbett noch günstiger gestaltet. Aufgabe ist weiterhin, ein Verfahren anzugeben,
das die Nutzung der bei der Nachvergasung des separierten Flugstaubes erzeugten
Energie für das Gesamtverfahren ermöglicht, ohne dabei den Limitierungen bekannter
Verfahren zu unterliegen. Schließlich strebt die Erfindung die Schaffung eines Generators
an, mit dem ein solches Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art vor, daß der abgetrennte Flugstaub mit Hilfe eines Fördermediums
zentral oder an mehreren in etwa gleicher Höhe des Reaktors angeordneten Stellen
dicht oberhalb oder unterhalb der Wirbelschichtoberfläche in den Reaktor eingeblasen
wird, daß über eine oder mehrere gekühlte Lanzen zentral durch die Reaktormitte
bis in die Höhe der Einblasstellen ein oder mehrere Vergasungsmittel in der zur
Vergasung des rückgeführten Flugstaubes erforderlichen Menge in den Reaktor geführt
werden und daß der rückgeführte Flugstaub bei Temperaturen umgesetzt wird, die in
der Nähe des Ascheerweichungspunktes liegen, wobei ein Stoff- und Wärmeaustausch
zwischen Flugstaub- und Wirbelschichtvergasungszone stattfindet.
-
Verfahrensgemäß werden kohlenstoffhaltige feste Materialien mit Vergasungsmitteln
zu brennbaren Gasen umgesetzt.
-
Die produzierten Gase haben nach einfacher Nachbehandlung Heizgas-
bzw. Synthesegasqualität.
-
Bevorzugt werden feste, reaktive Brennstoffe mit hohem Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen eingesetzt, vor allem Braunkohlen, junge Steinkohlen, Torf und Holz.
Es können aber auch Brennstoffe mit geringeren Gehalten an flüchtigen Bestandteilen
verwandt werden. Bei Verwendung von Kohlen werden diese in vorgebrochenem und vorgetrocknetem
Zustand eingesetzt. Die Körnung kann beispielsweise im Bereich von 0 bis 8 mm liegen,
die Restfeuchte beträgt bei Steinkohlen vorzugsweise 45%, bei Braunkohlen 412%.
-
Als Vergasungsmittel kommen vorzugsweise Sauerstoff, Luft oder Wasserdampf
sowie Kombinationen derselben in Betracht.
-
Bei Verwendung mehrerer Vergasungsmittel können diese jedes für sich
oder auch als Mischung in die Reaktion geführt werden.
-
Das Verfahren wird zweckmäßig unter Druck durchgeführt, vorzugsweise
bei einem Druck bis zu 80 bar. Es ist aber auch möglich, bei Normaldruck zu arbeiten.
-
Der zu vergasende Rohbrennstoff wird über ein geeignetes Schleusensystem
auf dem jeweiligen Betriebsdruck dos Reaktors gebracht und über ein mechanisches
Eintragsystem kontinuierlich und dosiert in den Wirbelschichtbereich des Reaktors
eingespeist. Die Wirbelschicht hat, je nach Auslegung des Reaktors, eine Höhe von
etwa 1 bis 3 m.
-
Die Einspeisung des zu vergasenden Brennstoffs erfolgt in den zentralen
Wirbelschichtbereich, die der Vergasungsmittel auch in den unteren Wirbelschichtbereich.
Die bei der Vergasung entstehende Schlacke fällt aus der Wirbelschicht heraus und
wird am Fußende des Reaktors ausgetragen.
-
In der Wirbel schicht herrscht eine Temperatur von etwa 800 bis 10000C
in Abhängigkeit vom eingesetzten Brennstoff. Beim Einsatz von Braunkohlen beträgt
die Temperatur beispielsweise etwa 800 bis 900°C und bei Einsatz von jungen reaktiven
Steinkohlen etwa 900 bis 1000°C.
-
Die Wirbelschicht wird so betrieben, daß etwa 50% des mit dem zu vergasenden
Brennstoff eingetragenen Kohlenstoffes zu Gas-umgesetzt wird. Der restliche Kohlenstoff
verläßt die Wirbelschicht in Form von Flugstaub und wird mit dem Produktgas in einen
Beruhigungsraum geführt, der gegenüber der Wirbelschichtzone einen größeren Querschnitt
aufweist (FWs:FBR - 0,5). Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases
reduziert, größere Flugstaubpartikel die hier nicht mehr in Schwebe gehalten werden
können, fallen in die Wirbelschicht zurück.
-
Derirestliche Flugstaub wird mit dem Produktgas über einen Gasabzug
einer Trocken-Heiß-Entstaubungsstufe zugeführt und separiert.
-
Während das Produktgas einer weiteren GasnachbehEndlung zugeleitet
wird, gelangt der abgetrennte Flugstaub in einen thermisch isolierten Vorlagebehälter.
Aus diesem Behälter heraus wird der Flugstaub dosiert mit einem Fördermedium in
den Reaktor zurückgeführt. Als Fördermedien kommen vor allem Dampf, Inertgas, Prozeßgas
und C02 sowie Mischungen derselben in Betracht.Diese Fördergase werden vorzugsweise
vorgeheizt, mit 500 bis 7000C, eingesetzt. Das Fördermedium dient vorzEgsweise auch
als Vergasungsmittel. Bevorzugte Fördergase sind C02 und überhitzter Dampf; besonders
bevorzugt ist überhitzter Dampf.
-
Verfahrensgemäß wird der Flugstaub zentral oder an mehreren syemetrisch
in gleicher Höhe am Reaktor angeordneten Stellen in den Reaktor eingeblasen. Der
Förderdruck in der Flugstaubrückführung liegt dabei über dem Betriebsdruck des Reaktors
und soll ausreichen, den rück geführten Flugstaub etwa bis in die Reaktormitte zu
transportieren. Die Einblasstellen sind dabei so ausge richtet, daß die Förderrichtungen
sich entweder in der Reaktorachse schneiden, oder tangential auf einen um die Reaktormitte
gedachten Kreis treffen. Die Höhe des Schnitt punktes bzw. der Kreisebene befindet
sich entweder unmittelbar oberhalb der Wirbeischichtoberfläche oder direkt in der~Wirbelschicht.
Gleichzeitig wird über eine zentrale gekühlte Lanze, die vom Reaktorkopf aus an
die Ein blasstelle bzw.-ebene herangeführt wird. Vergasungsmittel in der zur vollständigen
Flugstaubumsetzung erforderlichen Menge eingeblasen. Als Vergasungsmittel werden
vorzugsweise Sauerstoff oder ein Sauerstoff-Dampfgemisdi eingesetzt.
-
Anstelle einer einzelnen gekühlten Lanze kann auch ein Kranz gekühlter
Lanzen verwandt werden.
-
Alternativ kann der Flugstaub auch durch eine zentrale, in der Reaktormitte
verlaufende Lanze in den Reaktor eingeblasen werden. In diesem Fall ist die dazu
dienende Lanze, die vom Reaktorkopf herabführt, konzentrisch von einer oder einem
Kranz gekühlter Vergasungsmittellanzen umgeben.
-
Vorzugsweise wird die Flugstaubvergasung auf begrenztem Raum im Reaktorzentrum
etwa in Höhe der Wirbelschichtoberfläche bei einer Temperatur oberhalb der in der
Wirbelschicht herrschenden Temperatur durchgeführt, wobei die Staubvergasungsprodukte
in die Wirbel schicht abgegeben werden und die in erweichter oder flüssiger Form
anfallende Schlacke agglomeriert und sich unter Wärmeübertragung an die Wirbelschicht
verfestigt.
-
Bei solcher Umsetzung des Staubes werden Temperaturen erreicht, die
in unmittelbarer Nähe oder oberhalb des Asche erweichungspunktes ds jeweiligen Brennstoffes
liegen.
-
Diese Temperaturen führen zu einer Agglomeration der mit Fortschritt
des Vergasungsvorganges zunehmend freigelegten Aschestruktur der Brennstoffpartikel.
-
Die noch aschehaltigen Agglomerate fallen aufgrund ihres hohen spezifischen
Gewichts und ihrer Größe in den unteren Wirbelschichtbereich zurück und werden über
den Ascheaustrag abgezogen. Die hohen Temperaturen sind weiterhin Voraussetzung
für eine schnelle und vollständige Umsetzung des rückgeführten bzw. entstehenden
Flugstaubes.
-
Durch die auf die Oberfläche bzw. den unteren Bereich der Wirbelschicht
gerichtete Gasströme wird ein intensiver Wärme und Stoffaustausch zwischen den Vergasungsprodukten
der Flugstaubvergasung und der Wirbelschicht erreicht.
-
Durch den bekannt sehr guten Wärmeübergang in der Wirbelschicht wird
diese Wärme schnell in der gesamten Wirbel-
schicht aufgenommen;
die Folge hiervon ist ein ertsprechend reduzierter Sauerstoff- und Kohlebedarf zur
4aufrecht erhaltung der erforderlichen Reaktionstemperatur der Wirbelschicht. Weiterhin
wird hierdurch die durch die Flugstaubvergasung entstehende heiße Temperaturzone
eng begrenzt, so daß der Wandbereich nur der relativ niedrigen Wirbelschichttemperatur
ausgesetzt ist. Aus diesem Grunde besteht für die Reaktorwand kein erhöhtes Temperaturrisiko
sowie keine Gefahr der Anbackung von Ascheteilchen.
-
Durch die Wärmeübertragung an die Wirbelschicht wird weiterhin erreicht,
daß die Temperatur im oberhalb der Wirbelschicht gelegenen Beruhigungsraum durch
die bei der Flugstaubvergasung gebildeten heißen Produktgase nicht wesentlich erhöht
wird. Somit bleibt auch die Produktgasaustrittstemperatur im Vergleich zu den herkömmlichen
Verfahren (Wirbelschichtverfahren mit Obervergasung) niedrig.
-
Der gute Stoffaustausch führt weiterhin zu einer direkten Nutzung
der bei der Flugstaubvergasung vorhandenen Gaskomponenten C02 und H20 als sekundäre
Vergasungs- bzw.
-
Moderationsmittel in der Wirbelschicht.
-
Die Steuerung/Regelung der Staubvergasung erfolgt in besonders einfacher
Form über Temperaturmessungen in der Wirbelschicht und im Beruhigungsraum und über
die Messung des Kohlenstoffgehaltes im Flugstaub. Die besonders kritische Zudosierung
von O2 in die Flugstaubvergasung richtet sich nach der zudosierten Staubmenge, deren
Kohlenstoffgehalt kontinuierlich z.B. über radiometrische Messung erfaßt werden
kann. Hierbei erfolgt die Kontrolle der Gesamtvergasung anhand der Temperaturmessung
im Beruhigungsraum. Sowohl die Messung der absoluten Temperaturen in der Wirbelschicht
und im Beruhigungsraum als
auch deren Differenz weist unmittelbar
und bereits sehr führzeitig auf Unregelmäßigkeiten z.B. beim Staubtransport hin,
au£ die somit rechtzeitig reagiert werden kann.
-
Dabei verhindert die hohe Stoff- und Wärmekapazität der Wirbelschicht
in jedem denkbaren Betriebszustand gefährliche Sauerstoff- und Wärmedurchbrüche.
-
Um den Verbrauch von Sauerstoff und Brennstoff zu senken, kann es
angezeigt sein, die im Verfahren verwandten Vergasungsmittel vorzuheizen. Dies kann
beispielsweise durch eine Übertragung der in den Produktgasen enthaltenen fühlbaren
Wärme mittels Wärmeaustauscher erfolgen.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Reihe von Vorteilen
erzielt. Die Vergasung des rückgeführten Flugstaubs kann bei Temperaturen im Bereich
und oberhalb des Ascheerweichungspunktes durchgeführt werden. Die Asche agglomeriert
hierbei, sinkt unter Wärmeabgabe und Verfestigung durch die Wirbelschicht ab und
kann am Reaktorfuß ausgetragen werden. Durch die hohe Temperatur gewinnt die Flugstaubvergasung
an Effektivität. Die mittige Einbringung der Flugstaubvergasungsmittel ermöglicht
die Durchführung der Staubvergasung auf begrenztem Raum im Reaktorzentrum und somit
einen Schutz der Reaktorwände vor Ubertemperatur. Weiterhin ermöglicht die Durchführung
der Flugstaubvergasung dicht oberhalb oder unterhalb der oberen Wirbelschichtgrenze
einen Stoff- und Wärmeaustausch mit der Wirbelschicht. Die Verwendung von beispielsweise
CO2 oder Wasserdampf als Fördermedlum erlaubt eine Staubrückführung ohne Zwischenkühlung
des Staubes. Schließlich ist mit Hilfe der Temperaturmeßwerte eine einfache Regelung
des Verfahrens möglich. Dabei werden der Kohlenstoffgehalt des rückgeführten Flugstaubes
sowie die im Reaktor in der Wirbelschicht und im Beruhigungsraum herrscheiden Temperaturen
als Regelgrößen insbesondere zur Steurung der Flugsta;u.bvergasung verwandt.
-
Ein druckfester Reaktor zur Durchführung des Verfahrens weist einen
am Reaktorfuß angeordneten Ascheaustrag, ein durch Ausmauerung gegen hohe Temperaturen
geschLftzten Reaktorgehäuse mit einer Wirbelschichtzone im unteren Teil und einer
einen größeren Querschnitt aufweisenden Beruhigungszone im oberen Teil sowie einer
Staubvergasungszone im Bereich des Übergangs der Wirbelschichtzone zur Beruhigungszone,
einen am Reaktorkopf-angeordneten Produktgasabzug, der mit einer in einen Flugstaubsammelbehälter
auslaufenden Trocken-Heiß-Entstaubungsstufe verbunden ist, sowie mindestens eine
Bren*tzstoffzuführung in die Wirbelschichtzone und Vergasungsmittelzuführungen in
die Wirbelschichtzone auf. Der Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß sich dicht
oberhalb oder unterhalb der Wirbelschichtoberfläche eine zentrale oder mehrere in
etwa gleicher Höhe angeordnete Flugstaubeinblasvorrichtungen befinden, die über
eine Zuleitung mit dem Flugstaubsammelbehälter verbunden sind, und daß eine oder
mehrere gekühlte Lanzen für die Zuführung von Flugstaubvergasungsmittel zentral
in der Reaktormitte vom Reaktors kopf bis in die Höhe der Einblasvorrichtungen ragen.
-
Aus Gründen der Handhabung und Verfügbarkeit empfiehlt sich ein einfacher
Generator. Der erfindungsgemäße Generator, wie nachstehend beschrieben, zeichnet
sich aus durch Einfachheit in der Regelung sowie durch große Sicherheit im Betrieb
und läßt daher hohe Verfügbarkeit erwarten. Dies gilt insbesondere für die erfindungsgemäße
Weise der Flugstaubrückführung und -umsetzung in einer heißen Zone im Reaktorzentrum.
-
Die Abscheidung des im Produktgas enthaltenen Flugstaubs erfolgt in
einer innerhalb oder außerhalb des Reaktors angeordneten Trocken-Heiß-Entstaubungsstufe,
in die der mit dem Reaktorkopf verbundene Gasabzug mündet. Als Entstaubungsstufe
dient bevorzugt ein Zyklon, der, wenn außer-
halb des Reaktors
angeordnet, vqrzugsweise auch thermisch isoliert ist, jedoch können auch andere
geeignete Vorrichtungen verwandt werden.
-
Der Abscheider ist mit einem thermisch isolierten Vorlagebehälter
(Sammelbehälter) verbunden, in den de abgetrennte Flugstaub heiß gelangt. Der Vorlagebehälter
ist über eine Rückführungsleitung zur Rückförderung des Flugstaubs mit dem Reaktor
verbunden. Angeschlossen sind eine Zuleitung für das gasförmige Transportmedium
sowie eine oder mehrere Regel- und Dosiervorrichtungen, mit der oder denen die Menge
an gasförmigem Fördermedium, gegebenenfalls bei Verwendung von Gasmischungen deren
Zusammensetzung, die Menge an rückzuführendem Flugstaub und der Druck in der Rückführung
bestimmt werden können.
-
Die Flugstaubrückführung ist vorzugsweise im Bereich der Wirbelschichtobergrenze
angeordnet. Die Rückführung kann aber auch in andere Bereiche der Wirbelschicht
erfolgen oder dicht oberhalb d er Wi der Wirbelschichtoberfläche.
-
Die Einblasvorrichtungen für die Rückführung des Flugstaubs sind symmetrisch
so in gleicher Höhe am Reaktor angeordnet, daß sich die Förderrichtungen in der
Reaktorachse schneiden. Alternativ können die Einblasvorrichtungen symmetrisch aber
auch so angeordnet sein, daß die Förderrichtungen tangential auf einen um die Reaktorachse
gedachten Kreis treffen. Der Durchmesser dieses Kreises soll aber klein sein gegenüber
dem Durchmesser des Reaktorraums.
-
Vom Reaktorkopf ragt eine Lanze, durch die Gas geführt werden kann,
bis etwa in die Höhe der Einblasstellen. Diese Lanze ist in der Reaktormitte angeordnet
und gekühlt.
-
Innerhalb der Lanze können die für die Vergasung benötigten Vergasungsmittel
zusammen oder getrennt geführt werden.
-
Die Lanze endet in einem geeigneten Düsensystem. Es können
sowohl
Einstoff- als auch Zweistoffdüsen vorhanden sein, beispielsweise bei der Verwendung
von Luft und Dampf als Vergasungsmittel jeweils Einstoffdüsen oder bei Verwendung
von Sauerstoff und Dampf Zweistoffdüsen.
-
Anstelle einer einzelnen Lanze kann auch ein Bündel oder Kranz von
Lanzen vorhanden sein. Auch in diesem Fall sind die einzelnen Lanzen gekühlt. Werden
mehrere Vergasung mittel verwandt, so können diese durch verschiedene Lanzen des
Bündels oder Kranzes geführt werden.
-
Erfolgt die Rückführung zentral durch die Reaktorachse, so ist die
Einblasvorrichtung als Lanze, die vom Reaktorkopf bis in die Flugstaubvergasungszone
ragt, ausgebildet, wobei die Lanze konzentrisch von einer oder mehreren gekühlten
Lanzen für die Zuführung von Vergasungsmittel umgeben ist.
-
Es ist vorteilhaft, die Menge an durch die zentrale gekühlte Lanze
herangeführtem Vergasungsmittel auf die Menge und den Brennstoffgehalt des rückgeführten
Flugstauhs abzustimmen. Hierfür ist dann eine über eine zentrale Steuereinheit geregelte
Dosiervorrichtung vorhanden. Der Kohlenstoffgehalt des Flugstaubs kann z.B. durch
radiometrische Meßung, die bei der Abscheidung, im Vorlagebehälter oder vor der
Rückführung erfolgt, bestimmt werden.
-
Für eine zentrale Steuerung der Flugstaubvergasung können auch weitere
Parameter berücksichtigt werden, etwa die Temperatur in der Wirbelschicht und im
Beruhigungsraum, die über geeignete Temperaturfühler gemessen werden können, und
die Menge an mit dem gasförmigen Fördermedium der Flugstaubvergasung zugeführtem
weiterem Vergasungsmittel.
-
Figur 1 zeigt weitgehend schematisch eine Ausführung des erfindungsgemäßen
Reaktors, wie er für die Vergasung von
Braunkohlen oder hochflüchtiger
Steinkohle geeignet ist, in vertikalem Längsschnitt.
-
Der Reaktor nach Fig. 1 weist ein den Gesamtreaktionsraum umschließendes
Reaktorgefäß in Form eines Rotationshohlkörpers mit zylindrischen und konischen
Bereichen, der eine Wirbelschichtvergasungszone A im unteren Teil, eine Beruhigungszone
B im oberen Teil und eine Staubvergasungszone C enthält. Der Reaktorfuß 1 mündet
in ein zylindrisches Rohrstück, an das das Ascheaustragsystem 2 angeschlossen ist.
Der Reaktionsraum ist am Reaktorkopf 10 z.B. durch einen Klöpperboden abgeschlossen.
Die Reaktorwände sind durch eine geeignete Ausmauerung gegen hohe Temperaturen geschützt.
-
Das Wirbelbett A im unteren Reaktorteil hat je nach Auslegung des
Reaktors eine Höhe zwischen 1 und 3 m. Der Brennstoff einlaß 6 befindet sich im
zentralen Wirbelbettbereich. Der Brennstoff wird über eine Förderschnecke zugeteilt,
jedoch können auch andere Vorrichtungen zum Einbringen des Brennstoffes vorgesehen
sein. Zur Überwindung des Reaktordruckes ist eine Schleuse vorgesehen.
-
Unterhalb des Brennstoffeinlasses 6 befinden sich die ringförmig über
den Umfang verteilten Zuleitungen 7 für Vergasungsmittel. Dieser den Wirbelbettbereich
A einschließende Teil des Reaktors hat einen sich nach oben hin erweiternden, insbesondere
konischen Innenquerschnitt.
-
Die Form sowie der obere und der untere Endquerschnitt dieses Bereiches
A sind so gewählt, daß körniger Brennstoff mit gegebenem Kornspektrum unter dem
Einfluß des zugeführten Vergasungsmittels sowie der bei der Vergasung gebildeten
Gase im Wirbelzustand gehalten wird.
-
Der Reaktor ist geschlossen und so ausgebildet, daß die Gaserzeugung
unter erhöhtem Innendruck durchgeführt werden kann. Es kann aber auch ohne erhöhten
Druck gearbeitet
werden. Wenn nur letzteres in Betracht kommt,
können gegebenenfalls die Schleusen am Brennstoff einlaß 6 entfallen bzw. durch
andere Einrichtungen ersetzt werden.
-
Die Zuleitungen. für die Vergasungsmittel 7 sind als Einstoff- und/oder
Zweistoffdüsen-Systeme ausgebildet, beispielsweise bei der Verwendung von Luft und
Dampf als Vergasungsmittel jeweils Einstoffdüsen und bei der Verwendung von Sauerstoff
und Dampf Zweistoffdüsen.
-
Im oberen Teil des Reaktors befindet sich der Beruhigungsraum B. Dieser
weist gegenüber der Wirbelschichtzone A eine größeren Quersehnitt F auf, wobei FW:FBp
~ 1:2.
-
Im Kopf des Reaktors 10 befindet sich ein Gasabzug 3, der in diesem
Fall seitlich angeordnet ist, und der zu einer Trocken-Heiß-Entstaubungsstufe 4,
etwa einem Zyklon, führt, in der der Flugstaub abgeschieden wird. Das Produktgas
wird weiter über die Leitung 3 einer herkömmlichen Gasnachbehandlung zugeführt.
-
Der abgetrennte Flugstaub gelangt aus der Entstaubungsstufe in einen
Vorlagebehälter 5, wo er gesammelt wird.
-
Dieser Vorlagebehälter enthält eine Meßvorrichtung zur Bestimmung
des Kohlenstoffgehaltes im Flugstaub 15, beispielsweise eine radiometrische Meßvorrichtung
bestehend aus Strahler und Empfänger. Diese Meßvorrichtung ist über eine Leitung
mit einem zentralen Steuergerät 16 zur Steuerung der Flugstaubvergasung verbunden.
-
Im stationären Betriebszustand wird die Staubentnahme aus dem Vorlagebehälter
5 so eingeregelt, daß ein konstantes Niveau gehalten wird. Dieser Höhenstand kann
mit Hilfe der z.B. radiometrischen Höhenmeßeinrichtung 18 kontrolliert werden.
-
Die Leitung 11 für den aus dem SammeLbehälter 5 rückgeführten Flugstaub
weist eine Dosiervorrichtung 12 und eine Zuführung 13 für das gasförmige Fördermedium
auf.
-
Der Flugstaub wird aus dem Sammelbehälter 5 über eine Leitung 11 in
den Reaktor zurückgeführt Die Menge an rückgeführtem Flugstaub kann über eine Dosiervorrichtung
12 gesteuert werden. Als Transportmedium wird ein Gas, vorzugsweise Dampf, über
eine Leitung 13 eingespeist.
-
Die Regelung der Dosiervorrichtung 12 erfolgt über das Steuergerät
16.
-
Die Rückführung 11 führt über mehrere in gleicher Höhe symmetrisch
um den Reaktor verteilte Flugstaubeinblassysteme 8 in den Reaktor. Diese Flugstaubeinblassysteme
8 können jeweils auf die Reaktormitte gerichtet sein oder tangential aiff einen
um die Reaktormitte gedachten Kreis gerichtet sein. Die Einblasdüsen 8 können mit
der Reaktorwand enden oder in den Reaktorraum hineinragen; vorzugsweise ragen sie'in
den Reaktorraum hinein.
-
Vom Reaktorraum 10 ragt zentral in der Reaktormitte die kühlbare Lanze
9, in anderen Ausführungsform ein Bündel kühlbarer Lanzen, bis in die Höhe der Einblasstellen
8.
-
Durch diese Lanze wird Vergasungsmittel, etwa Sauerstoff und Wasserdampf
zusammen oder getrennt über ein geeignetes Düsensystem in die Höhe der Einblasstellen
8 geleitet.
-
Dies ermöglicht die Nachvergasung des im Flugstaub enthaltenen Kohlenstoffs
in einer eng begrenzten Zone C in der Reaktormitte in der Höhe der Wirbelschichtoberfläche
bei Temperaturen nicht unterhalb des Ascheschmelzpunktes.
-
Der gesamte'Aschegehalt der Feststoffe erweicht oder wird aufgeschmolzen,
agglomeriert und fällt aufgrund seines höheren Gewichts durch die Wirbelschichtzone
A und kann in Form von Ascheknollen ausgetragen werden.
-
Im Bereich der Wirbelschicht A und der Beruhigungszone B befinden
sich Fühler 14 zur Temperaturmessung, die mit der Steuereinheit 16 in Verbindung
stehen.
-
Die Vergasungsmittelzufuhr in die Nachvergasungszone C über die Lanze
9 wird vom Steuergerät 16 über eine Dosiervorrichtung 17 geregelt.
-
Die zentrale Lanze 9 ist zum Schutz gegen die im Reaktorraum herrschenden
hohen Temperaturen kühlbar ausgelegt.
-
Die Kühlung erfolgt üblicherweise über ein von der Kühlflüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, durchflossenes Doppelmantelrohr , in dessen Innerem die eigentliche
Vergasungsmittelleitung verläuft. Das Doppelmantelrohr kann auch mehrere Einzelleitungen
für Vergasungsmittel umschließen. Bei Verwendung eines Lanzenkranzes ist jede einzelne
Lanze entsprechend ausgelegt.
-
Nachstehendes Verfahrensbeispiel gibt einige Kenndaten bei dem Einsatz
von Braunkohle im vorstehend beschriebenen Reaktor.
-
Verfahrensbeispiel Verfahrenstechnische Kenndaten bei Einsatz von
Braunkohle Reaktor-Druck 15 bar Reaktor-Temperatur (Gasauslaß) 110000 Vergasungsmittelverbrauch
- Dampf 0,38 Nm³/kg Kohle waf.
-
- Sauerstoff 0,45 Nm³/kg Kohle waf.
-
Spez. Rohgasproduktion 1,81 Nm³(tr.)kg Kohle waf.
-
Rohgasanalyse Co 48,8 Vol.-% (tr.) H2 32,0 " CH4 3,0 " " " Co2 15,4
" " " H2S 0,1 " " " N2 0,7 " " " II C-Umsatz 96% Vergasungswirkungsgrad 78,5%