DE2421114B2 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF GASES FROM SOLID FUELS - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gasen aus festen Brennstoffen, bei welchem Brennstoffe mit unterschiedlichen Reaktionsfähigkeiten nacheinander in hintereinander geschalteten Vergasungsbereichen unter Vergasungsmittel-Zusatz vergast werden und das im ersten Bereich erzeugte Gas als Vergasungsmittel in den zweiten Bereich geführt wird und in letzterem ein Brennstoff vergast wird, welcher reaktionsfreudiger ist als der im ersten Bereich vergaste Brennstoff und die Temperatur im ersten Bereich höher ist als im zweiten Bereich.The invention relates to a method of manufacture of gases from solid fuels, in which fuels with different reactivities gasified one after the other in gasification areas connected in series with the addition of gasification agent and the gas generated in the first area is fed into the second area as a gasification agent and in the latter a fuel is gasified which is more reactive than that gasified in the first area Fuel and the temperature in the first area is higher than in the second area.
Aus der DT-PS 7 27 676 ist ein Verfahren bekannt bei welchem Kohlen verschiedener Reaktionsfähigkeit nacheinander einem Vergasungsprozeß zugegeben werden, um die Vergasung von Kohlenstaub über ein großes Temperaturgefälle auszudehnen. Dieses bekannte Verfahren wird so durchgeführt, daß die für die Umsetzung der festen Brennstoffe mil: dem Vergasungsmittel Wasserdampf benötigte Wärme durch einen hocherhitzten Strom von Wälzgas aufgebracht wird.From DT-PS 7 27 676 a method is known at which coals of different reactivity are successively added to a gasification process to extend the gasification of coal dust over a large temperature gradient. This well-known The process is carried out in such a way that the gas for the conversion of the solid fuels mil: the gasification agent Steam required heat is applied by a highly heated stream of circulating gas.
Hat das Umwälzgas seine Spitzentemperatur erreicht, so wird die reaktionstrageire Kohle diesem Umwälzgas zugesetzt Nachdem der Wälzgasstrom durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Wasser- 6s dampf eine Abkühlung auf eine Temperatur erfahren hat, bei welcher die Reaktion erheblich langsamer abläuft, wird die reaktionsfähigere Kohlenstaub-Teilmenge zugegeben Jan Nachteil dies bekannten Verfahrens bestehtjdann, daß die Umsetzung in beiden Vergasungsbereichen nicht in dem Umfang regelbar sind wie es erfofderiieh ist, um hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und Zusammensetzung des Fertiggases ein optimales Ergebnis zu erzielen. In anderem Zusammenhang ist dort auch Trockenbraunkohle als außerordentlich reaktionsfähig bezeichnetWhen the circulating gas has reached its peak temperature, the inert coal becomes this Circulation gas added after the circulation gas flow through the reaction between carbon and water 6s Steam has been cooled to a temperature at which the reaction is considerably slower expires, the more reactive coal dust subset becomes admitted Jan disadvantage of this known The method consists in that the implementation in both Gasification areas are not controllable to the extent necessary to with regard to the Economy and composition of the finished gas to achieve an optimal result. In other In connection with this, dry lignite is also described as extremely reactive
Durch die DT-PS 196697 ist ein verfahren zur Herstellung eines teer- und wasserfreien Gases aus bituminösen Brennstoffen bekannt, bei welchem zwei Generatoren hintereinander geschaltet sind und das »pas des ejst££ ^Generators, der mit teerhaltigem Brennstoff beschickt wird, durch den zweiten Generator hindurchgeleitet wird. In letzterem soll teerfreier Brennstoff (Koks, Holzkohle, Anthrazit) vergast werden, um so ein teer- und wasserfreies Gas als Endprodukt zu erhalten. Zwar sind bei diesem Verfahren zwei voneinander getrennte Vergasungsbereiche vorgesehen, jedoch soll der zweite Generator auch mit Anthrazit also einem Brennstoff, der wenig reaktionsfreudig ist beschickt werden.Through the DT-PS 196697 a procedure for Production of a tar and anhydrous gas from bituminous fuels known, in which two Generators are connected in series and the »pas of the ejst ££ ^ generator, which with tar-containing Fuel is charged, is passed through the second generator. The latter is said to be tar-free Fuel (coke, charcoal, anthracite) are gasified, so as to obtain a tar-free and anhydrous gas as the end product. Although with this Procedure two separate gasification areas provided, but the second generator can also be loaded with anthracite, a fuel that is not very reactive.
Es ist weiterhin durch die DL-PS 14 444 ein Verfahren zur Vergasung fester Brennstoffe bekannt bei welchem heiße Rraktionsgase, die einen mit Staub oder feinkörnigem Brennstoff betriebenen Gaserzeuger verlassen, anschließend durch eine Schicht stückigen Brennstoffs geführt werden, um einen Teil der Wärme, die in dem den Gaserzeuger verlassenden Gas vorhanden ist zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ausgenutzt werden. Die Reaktionsfähigkeit der in dem einzelnen Vijrgasungsbereichen verwendeten Brennstoffe spielt hierbei jedoch keine Rolle.It is also known from DL-PS 14 444 a method for gasifying solid fuels in which hot Rraktionsgase, which a gas generator operated with dust or fine-grained fuel then passed through a layer of lumpy fuel to absorb some of the heat which is present in the gas leaving the gas generator to improve the economy of the procedure can be exploited. The responsiveness of the individual gasification areas However, the fuel used does not play a role here.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß seine Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert wird, wobei die Qualität des Endproduktgases allen Anforderungen genügen soll.The invention is based on the object of designing a method of the type described in the introduction in such a way that that its economy is significantly improved, with the quality of the end product gas all Should meet requirements.
Zur Lösungen dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß im ersten Bereich Steinkohle und im zweiten Bereich, der vom ersten Bereich getrennt ist Braunkohle unter Zusatz eines sauerstoffhaltigen Mediums, vorzugsweise eines Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisches, vergast werden. Anstelle von Steinkohle und Braunkohle können auch Steinkohlenkoks und Braunkohlenkoks verwendet werden. Bei der Vergasung von Steinkohle bzw. Steinkohlenkoks müssen verhältnismäßig hohe Vergasungstemperaturen eingehalten werden. Wenn diese oberhalb der Schlackenfließtemperatur liegen, findet die Reaktion z. B. bei 1500° C statt so daß ein Produktgas mit einer Temperatur von etwa 1400 bis 1500° C und einem hohen Gehalt an Kohlendioxid und Wasserdampf abgezogen wird. Die Erfindung ermöglicht die weitere Ausnutzung dieses Produktgases durch Umsetzung mit Braunkohle oder Braunkohlenkoks, die sich noch bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen bis beispielsweise 700° C umsetzen, so daß Wärme sowie Kohlendioxid und Wasserdampf, die in dem im Steinkohlen-Vergasungsbereich erzeugten Gas enthalten sind, noch weitgehend ausgenutzt bzw. umgesetzt werden können. Aufgrund der Trennung beider Vergasungsbereiche besteht zudem die Möglichkeit die Umsetzung und die Bedingungen, unter denen sie stattfinden, in beiden Bereichen unabhängig voneinander tu regeln.To solve this problem, the invention proposes that in the first area bituminous coal and in the second area, which is separate from the first area, lignite be gasified with the addition of an oxygen-containing medium, preferably an oxygen-water vapor mixture. Instead of hard coal and lignite, hard coal coke and lignite coke can also be used. When gasifying hard coal or hard coal coke, relatively high gasification temperatures must be maintained. If these are above the slag flow temperature, the reaction takes place e.g. B. at 1500 ° C instead so that a product gas with a temperature of about 1400 to 1500 ° C and a high content of carbon dioxide and water vapor is withdrawn. The invention enables the further utilization of this product gas by reacting it with lignite or lignite coke, which are still implemented at relatively low temperatures up to 700 ° C., for example, so that heat as well as carbon dioxide and water vapor contained in the gas produced in the coal gasification area are still can be largely exploited or implemented. Because of the separation of both gasification areas, the possibility also exists the reaction and the conditions under which they take place in both areas regulate independently tu.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann vorteilhaft so verfahren werden, daß bei derAccording to a further proposal of the invention, the procedure can advantageously be such that in the
Vergasung in der ersten Stufe die Kohlenstoff-Umsetzung möglichst weitgehend und die Vergasung in der zweiten Stufe unter KohlenstoffüberschuU nicht bis zur völligen Umsetzung des Kohlenstoffs durchgeführt werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Endprodukt nur noch geringe Restgehalte an H2O und CO2 aufweist Der nicht vergaste Tefl des Brennstoffes aus der zweiten Stufe kann in die erste Stufe geführt und dort gemefa&sam mit der Steinkohle zur Erzielung einer weitergehenden Umsetzung vergast werden.Gasification in the first stage the carbon conversion as far as possible and the gasification in the second stage with excess carbon not be carried out until the complete conversion of the carbon. In this way it is achieved that the end product has only a small residual content of H 2 O and CO 2. The non-gasified Tefl of the fuel from the second stage can be passed into the first stage and gasified there together with the coal to achieve a further conversion .
Ein Verfahren zur Herstellung von Gasen aus festen Brennstoffen, bei dem die Vergasung nicht bis zur völligen Umsetzung des Kohlenstoffes durchgeführt wird, ist aus der DT-PS 5 60 782 an sich bekannt Dabei handelt es sich jedoch um ein einstufiges Verfahren, bei weichem der nicht vergaste Teil des Brennstoffes für Heizzwecke verwendet wird.A method of producing gases from solid fuels in which the gasification is not up to complete conversion of the carbon is carried out is known from DT-PS 5 60 782 per se However, it is a one-step process, in which the non-gasified part of the fuel for Is used for heating purposes.
Die Erfindung sieht auch die Möglichkeit vor, dem Vergasungsmittel des ersten Vergasungsbereiches Wasserstoff zuzusetzen, der mit dem Brennstoff zu Methan umgesetzt wird. Dies erfolgt normalerweise in einem Temperaturbereich von etwa 700 bis 800° C.The invention also provides the possibility of using hydrogen as the gasification agent of the first gasification area add, which is converted with the fuel to methane. This is usually done in one Temperature range from about 700 to 800 ° C.
Im übrigen kann im Bedarfsfall im zweiten Vergasungsbereich zusätzlich Wärme eingeführt werden.Otherwise, if necessary, in the second gasification area additional heat can be introduced.
Die für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung benötigte Wärme kann aus Kernreaktoren gewonnen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die erforderlichen Wärmemengen durch Verbrennen des aus dem Vergasungsprozeß stammenden Restkokses zu gewinnen.The heat required to carry out the process according to the invention can be obtained from nuclear reactors be won. Another possibility is to obtain the required amount of heat by burning to win the residual coke from the gasification process.
Als weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist anzuführen, daß bei entsprechender Auswahl der Brennstoffe bestimmte unerwünschte Bestandteile des aus dem ersten Bereich kommenden Produktgases im zweiten Vergasungsbereich entfernt werden. So ist es möglich, die katalytische Wirksamkeit von Braunkohlenkoks dazu zu benutzen, das Produktgas der Steinkohlenvergasung aus dem ersten Vergasungsbereich von Teerbestandteilen od. dgl. zu reinigen. Ferner besteht die möglichkeit das Produktgas des ersten Vergasungsbereiches zu entschwefeln, wenn die Asche des im zweiten Bereich vergasten Brennstoffes eine entsprechend hohe Basizität aufweist. Letztere kann ggf. durch Zugabe von z.B. CaO oder MgO enthaltenden Zusätzen zum im zweiten Vergasungsbereich vergasten Brennstoffen erreicht werden.A further advantage of the method according to the invention is to be mentioned that with corresponding Selection of fuels certain undesirable components of the coming from the first area Product gas can be removed in the second gasification area. So it is possible to increase the catalytic effectiveness to use lignite coke to clean the product gas of the coal gasification from the first gasification area of tar constituents or the like. It is also possible to desulfurize the product gas from the first gasification area if the Ash of the fuel gasified in the second area has a correspondingly high basicity. Latter can if necessary by adding e.g. CaO or MgO containing additives to the second gasification area gasified fuels can be achieved.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Fließ-Schemata erläutertSome exemplary embodiments of the invention are illustrated below with reference to the drawings Flow diagrams explained
F i g. 1 zeigt ein Verfahren, bei dem Steinkohle und Braunkohle mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel umgesetzt werden. In den bei Umsetzungstemperaturen von 15000C arbeitenden Primärreaktor 1 werden ein Gemisch aus Sauerstoff 2 und Wasserdampf 3 sowie in feinkörniger Steinkohle 4 eingebracht. Das bei der genannten Umsetzungstemperatur oberhalb der Schlackenfließtemperatur anfallende Produktgas 5 gelangt in den nachgeschalteten Sekundärreaktor 7. Die Schacke 6 wird zum größten Teil aus dem Primärreaktor 1 ausgetragen. Im Sekundärreaktor 7 wird reaktionsfreudige, möglicherweise vorgeschwelte Braunkohle mit dem aus dem Primärreaktor stammenden Produktgas 5 umgesetzt mit dem Ziel, den Gehalt an oxidierenden. Bestandteilen, insbesondere CO2 und H2O, im Produktgas 5 herabzusetzen und den Gehalt an möglichen Schadkomponenten, z. B. Schwefelwasserstoff, durch Bindung an basische Aschekomponenten der Braunkohle 8 — oder an zugegebenen Kalk — oder dgl zu verringern. Aus dem Sekundärreaktor 7 treten somit das von Schadkomponenten und oxidierenden Bestandteilen weitgehend befreite Produktgas 10 und die mit den Schadkomponenten des Produktgases 5 angereicherte AsChC1S aus.F i g. 1 shows a process in which hard coal and lignite are reacted with a gasification agent containing free oxygen. A mixture of oxygen 2 and water vapor 3 and fine-grained coal 4 are introduced into the primary reactor 1, which operates at reaction temperatures of 1500 ° C. The product gas 5 which occurs at the reaction temperature mentioned above the slag flow temperature reaches the downstream secondary reactor 7. The slag 6 is for the most part discharged from the primary reactor 1. In the secondary reactor 7 reactive, possibly pre-carbonized brown coal is reacted with the product gas 5 originating from the primary reactor with the aim of reducing the content of oxidizing. Constituents, in particular CO2 and H2O, in the product gas 5 and reduce the content of possible harmful components such. B. hydrogen sulfide, by binding to basic ash components of lignite 8 - or to added lime - or the like to reduce. The product gas 10, which has largely been freed of harmful components and oxidizing constituents, and the AsChC 1 S enriched with the harmful components of the product gas 5 thus exit from the secondary reactor 7.
Fig.2 zeigt das Fließ-Schema eines Verfahrens, bei welchem zwei feste Kohlenstoffträger mit einem wasserstoffhaltigen Vergasungsmittel umgesetzt werden. Dieses Vergasungsmittel 12, dem etwas Wasserdampf zugemischt sein kann, wird nach Aufheizung im Erhitzer 13 auf ca. 5000C dem Vergasungsreaktor 14 zugeführt Mit 15 und 16 sind Zuleitung bzw. Ableitung für das Heizmittel des Erhitzers 13 bezeichnet Im Vergasungsreaktor 14 werden Steinkohle und Braunkohle umgesetzt Die reaktionsträge, weitgehend von ihrer Backneigung durch eine Vorbehandlung befreite Steinkohle 4 gelangt in einer ersten Wirbelschicht bei ca. 800 bis 9000C zur Umsetzung; bei hohem Wasserdampfgehalt im Vergasungsmittel kann eine zusätzliche Heizung zweckmäßig oder erforderlich sein. Die Zuleitung für das Heizmedium ist mit 19, dessen Ableitung mit 20 bezeichnet Das aus der ersten Wirbelschicht 18 austretende Produktgas gelangt in eine zweite Wirbelschicht 22, in der eine Temperatur von 600 bis 7000C herrscht In diese Wirbelschicht wird reaktionsfreudige, nicht backende Braunkohle 8 eingegeben. Dabei besteht ebenso wie im Fall der Wirbelschicht 18 die Möglichkeit einer Beheizung von außen. Zuleitung und Ableitung für das Heizmittel sind mit 24 bzw. 25 bezeichnet Nach der Umsetzung verlassen das Produktgas 10 und die rieselfähige Asche 27 den Vergasungsreaktor.2 shows the flow diagram of a process in which two solid carbon carriers are reacted with a hydrogen-containing gasification agent. This gasification agent 12, to which some water vapor can be mixed, is fed to the gasification reactor 14 after heating in the heater 13 to approx. 500 0 C The reacted inert, largely on their caking tendency freed by pretreatment of coal 4 passes in a first fluidized bed at about 800 to 900 0 C for implementation; If there is a high water vapor content in the gasification agent, additional heating may be useful or necessary. The feed line for the heating medium is denoted by 19, the discharge of which is denoted by 20. The product gas emerging from the first fluidized bed 18 passes into a second fluidized bed 22, in which a temperature of 600 to 700 ° C. prevails.In this fluidized bed, reactive, non-baking brown coal 8 is produced entered. As in the case of the fluidized bed 18, there is the possibility of external heating. The feed line and discharge line for the heating medium are denoted by 24 and 25, respectively. After the reaction, the product gas 10 and the free-flowing ash 27 leave the gasification reactor.
F i g. 3 zeigt das Fließ-Schema des Pattenhausen-Verfahrens. In dem bei Temperatur von ca. 900° C arbeitenden Primärreaktor 1 wird feinkörnige, reaktionsträge Steinkohle 4 mit Wasserdampf 3 von ca. 9500C umgesetzt. Der Wasserdampf wird in großem Überschuß zugegeben; auf diese Weise wird die zur Vergasung notwendige Wärme in den Primärreaktor 1 gebracht aus dem Restkoks 33 abgezogen wird. Das den Primärreaktor 1 verlassende Produktgas 5, das eine Temperatur von etwa 8000C aufweist, enthält große Mengen Wasserdampf im Überschuß. Die darin enthaltene Wärme wird im Sekundärreaktor 7, der bei ca. 7000C arbeitet mit reaktionsfreudiger Braunkohle 8 umgesetzt, wobei der Wasserdampf als Vergasungsmittel dient. Der Restkoks 37 kann der Steinkohle 4 zugemischt werden, die dem Primärvergaser 31 zugeführt wird. Das End-Produktgas 10 verläßt den Sekundärreaktor 7 mit ca. 6000C.F i g. 3 shows the flow diagram of the Pattenhausen process. In operating at temperature of about 900 ° C the primary reactor 1 was finely granular, inert coal 4 is reacted with steam 3 of about 950 0 C. The water vapor is added in large excess; In this way, the heat necessary for gasification is brought into the primary reactor 1, from which residual coke 33 is withdrawn. The product gas 5 leaving the primary reactor 1, which has a temperature of about 800 ° C., contains large amounts of water vapor in excess. The heat contained therein is converted in the secondary reactor 7, which works at approx. 700 ° C., with reactive brown coal 8, the water vapor serving as a gasification agent. The residual coke 37 can be mixed with the hard coal 4, which is fed to the primary gasifier 31. The end product gas 10 leaves the secondary reactor 7 at about 600 ° C.
Fig. 4 zeigt das Fließ-Schema eines Ausführungsbei spiels, bei welchem zwei feste Kohlenstoffträger mit einem oxidierenden Vergasungsmittel, das im wesentlichen aus Wasserdampf besteht umgesetzt werden. In den bei Temperaturen um 10000C arbeitenden Primärreaktor 1. der durch ein Medium beheizt wird, das durch die Zuleitung 41 ein- und die Ableitung 42 austritt gelangt feinkörnige, reaktionsträge Steinkohle 4 gemeinsam mit Wasserdampf 3, der in hohem Überschuß angeboten werden kann, zur Umsetzung. Das dabei entstehende Produktgas 5, das eine Temperatur von etwa 9000C aufweist wird in den Sekundärreaktor 7 eingeleitet, um dort mit reaktionsfreudiger Braunkohle 8 umgesetzt zu werden. Die Umsetzung, die bei Temperaturen von ca. 9000C erfolgt, kann zusätzlich beheizt sein. Zu diesem Zweck sind eine Zuleitung 48 und eine Ableitung 49 für ein Heizmedium vorgesehen. Der aus dem Sekundärreaktor 7 austretende RestkoksFig. 4 shows the flow diagram of a Ausführungsbei game in which two solid carbon carriers are reacted with an oxidizing gasification agent, which consists essentially of water vapor. In the primary reactor 1, which operates at temperatures around 1000 ° C., which is heated by a medium that enters through the supply line 41 and exits the discharge line 42, fine-grained, inert coal 4 passes together with water vapor 3, which can be offered in large excess, for implementation. The resulting product gas 5, which has a temperature of approximately 900 ° C., is introduced into the secondary reactor 7 in order to be reacted there with reactive brown coal 8. The reaction, which takes place at temperatures of about 900 ° C., can also be heated. For this purpose, a supply line 48 and a discharge line 49 are provided for a heating medium. The residual coke emerging from the secondary reactor 7
37 kann zusammen mit der Steinkohle 4 dem Primärreaktor zur weitergehenden Umsetzung beigemischt werden. Mit 27 ist die Asche bezeichnet, die aus dem Primärvergaser abgezogen wird-, das Endproduktgas 10 tritt aus dem Sekundärreaktor 7 aus.37 can be added to the primary reactor together with the hard coal 4 for further conversion will. With 27 the ash is referred to, which is withdrawn from the primary gasifier, the end product gas 10 emerges from the secondary reactor 7.
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Legal Events
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| BHN | Withdrawal |