DE2736687A1

DE2736687A1 - Verfahren und vorrichtung zur vergasung koerniger kohle unter erhoehtem druck

Info

Publication number: DE2736687A1
Application number: DE19772736687
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Becker; Paul Dipl Ing Rudolph
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1977-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1979-03-01
Also published as: PL106318B1; US4165970A; ZA784621B; PL209066A1; CS210675B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung körniger Kohle

unter erhöhten Druck

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung körniger Kohle unter einem Druck von 10 bis 100 bar in einem Reaktor, in welchem die Kohle ein Festbett bildet, in dessen unteren Bereich freien Sauerstoff enthaltendes Gas und Wasserdampf als Vergasungsmittel eingeleitet v/erden und das Produlctgas den Reaktor durch einen Produktgasabzug verläßt, der mit einem Ringraum verbunden ist, der sich hinter einer das Kohlebett im oberen Bereich eingrenzenden Abschirmv/and befindet, sowie eine Vorrichtung hierzu.

Die Druckvergasung körniger Kohle ist seit langem bekannt. Bekannte Verfahren sind in den deutschen Offenlegungsschriften 23 52 900, 23 46 833 und der deutschen Auslegeschrift 26 04 383 beschrieben; dazu korrespondieren die US-Patente 3 902 872, 3 937 620 und 4 033 730. Bei den bekannten Reaktoren wird von oben frische körnige Kohle auf das nach unten allmählich absinkende Kohle-Festbett aufgegeben. Die Vergasungsmittel werden im Gegenstrom zur Kohle geführt. Üblicherweise v/erden die Vergasungsmittel von einem am unteren Ende des Reaktors befindlichen Drehrost in das Kohle"hett hinein verteilt. Das Produktgas der Vergasung, welches Wasserstoff, Kohlenoxide, gasförmige und auch bei Normalteraperatur flüssige Kohlenwasserstoffe sowie Wasserdampf und Kohlenstaub enthält, verläßt den Reaktor mit Temperaturen von etwa 300 bis 800⁰C.

Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Verfahren zu verbessern und dabei die Menge des mit dem Produlctgas ausgetragenen Staubs möglichst niedrig zu halten. Beim eingangs genannten Verfahren wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht,

- 4 -909809/0052

c.a.j von Kohlebctt aus ein Toil des Produktgases von unten in den Ringraun eintritt und ein weiterer Produktgasanteil von "inc.estens 20 ^r/s des gesacr-jon Produktgases oberhalb des von der Abschirmwand eingegrenzten Kohlebettes abgeführt und in den Ringraum eingeleitet v/ird.

Die Aufteilung der Produktgas-Ableitung aus dem Kohlebett verneidet ein zu starkes Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeiten des Gases im Kohlebett in der Nähe des Ringraums, wie es bei bekannten Verfahren und Reaktoren schon beobachtet wurde. Gleichzeitig v/ird auch die auf das Kohlebett frisch aufgegebene Kohle in dessen oberem Bereich von Produktgas durchströmt, wobei die Kohle mehr oder weniger erwärmt wird. Diese Erwärmung der Kohle kann zur Trocknung oder, bei verstärkter Erwärmung, bereits zur teilweisen Schv/elung bei Temperaturen von 300 bis 600⁰C führen. Zum verminderten Staubaustrag trägt auch eine gewisse Entmischung von groben und feinen Kohlekörnern im oberen Kohlebett bei.

Zun eingangs genannten Verfahren gehört ein erfindungsgemäß ausgestalteter Reaktor, dessen Ringraum an seinem unteren Ende durchlässig für Produktgas aus dem Kohlebett ist und dessen Abschirmwand oberhalb des Kohlebettes Gasdurchtrittsöffnungen aufweist. Diese Öffnungen gewährleisten, daß auch der oberste Bereich des Kohlebettes vom heißen Produktgas durchströmt wird. «

3s ist zweckmäßig, daß die Abschirmwand einen Durchmesser von 0,7-bis 0,9-fachen des Innendurchmessers des Reaktors aufweist. Der Ringraum, in dem sich keine zu vergasende Kohle befindet, v/ird dadurch groß genug, um den Strömungswiderstand für das sich sammelnde Produktgas klein zu halten.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit der zugehörigen Ausgestaltung des Reaktors macht es möglich, auf eine im Druckraun des Reaktors befindliche Kohleverteilvorrichtung zu

909809/0052 " ⁵ "

verdichten. Eine solche Verteilvorrichtung, die um eine senkrechte Achse gedreht wird, ist in der deutschen Offenlegungsschrift 23 52 SOO (("asu korrespondiert das US-Patent 3 902 872) beschrieben. Benutzt werden können aber in Xohlebett umlaufende Rührarrae, wie sie in der deutschen Auslegeschrift 23 53 241 und den dazu korrespondierenden US-Patent 3 951 616 dargestellt sind.

Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren und den zugehörigen Reaktor werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckvergasungsreaktor in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine Gestaltungsraöglichkeit für die Abschirrav/and des Reaktors nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckvergasungsreaktor besitzt ein Gehäuse 1, das z.B. ausgemauert oder mit einem Wassermantel zur Kühlung versehen sein kann. Das Gehäuse ist weitgehend mit zu vergasender körniger Kohle gefüllt, die dort ein Festbett 2 bildet. Der Reaktor wird mittels einer Kohlenschleuse 3 gefüllt, deren Ventile 4 und 5 periodisch geöffnet und geschlossen werden. Die zu vergasende Kohle weist Korngrößen im Bereich*von 2 - 60 mm auf.

Am unteren Ende des Reaktors befindet sich ein Drehrost 6, der in nicht näher dargestellter Weise um eine senkrechte Achse drehbar ist. Vom Drehrost 6 aus v/erden die Vergasungsmittel, Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltendes Gas, in das Kohlebett 2 hinein verteilt. Die Vergasungsmittel werden von außen durch eine Leitung 7 den Drehrost zugeführt.

Unterhalb des Drehrostes 6 befindet sich ein Abzug 8 für Asche, die von da aus in eine nicht dargestellte Aschenschleuse fällt.

909809/0052 " ⁶ -

In der Zeichnung stellen die Pfeile in scheiiatischer Darstellung die im Reaktor auftretenden Gasströmungen dar. Die das Kohlebett irn Gegenstrora durchsiehenden Gase saraneln sich zunächst in einen Ringraun 10, der zwischen den Gehäuse 1 und einer zylindrischen Abschirnr./and 11 ausgebildet ist. Von ICohlebett 2 aus ist der Ringraum 10 für Gase einerseits vom unteren Ende 12 aus zugänglich, wo der Ringraum offen ist. Zura anderen v/eist die Abschirawand 11 oberhalb des Kohlebettes 2 eine Reihe von Öffnungen 13 auf. Durch die Öffnungen 13 kann Produktgas aus den oberen Bereich 2a des Kohlebettes, der von der Abschirav/and 11 eingegrenzt ist, in den Ringraua 10 strömen. Der Anteil des Produktgases, der vom oberen Bereich 2a des Kohlebettes kommt und durch die Öffnungen 13 in den Ringraum 10 gelangt, beträgt mindestens 20 % des gesamten, erzeugten Produktgasos; vorzugsweise liegt dieser Produktgasanteil bei 30 bis 70 >ί. Das gesamte Produlctgas verläßt den Ringraum 10 durch die Ableitung 15 und wird in nicht dargestellter, an sich bekannter V/eise gekühlt und gereinigt.

Von der Schleuse 3 aus v/ird körnige Kohle, auch Braunkohle, mit Korngrößen im Bereich von 2 bis 60 mm in den Reaktor gegeben. Frisch aufgeschüttete Kohle verteilt sich üblicherweise im oberen Bereich 2a des Kohlebettes so, daß sich die gröberen Kohlekörner aufgrund ihrer besseren Rieselfähigkeit bevorzugt in der Ilähe der Abschirmwand 11 sammeln. Der Feinkornanteil der Kohle reichert sich demgegenüber im zentralen Teil des Bettes an. Für die Gasdurchlassigkeit des Koh_ebettes hat dies zur Folge, daß es in den Randbereichen einen geringeren Strömungswiderstand bietet. Die Kornverteilung im Bett trägt mit dazu bei, daß die aus dem Reaktor mit dem Produlctgas ausgetragenen Staubmengen in günstiger Weise niedrig sind. Dieser Effekt wird zum Teil aber auch dadurch erreicht, daß die Produktgasmengen nicht allein nur durch das untere Ende 12 in den Ringraum 10 eintreten, sondern daß ein Teil des Produktgases durch die Öffnungen 13 hindurch abgeführt wird.

909809/0052 - 7 -

Aufgrund der in dor Ableitung 15 gemessenen Produktgastanporaturen von e+wa 300 bis 800⁰C ist es möglich, in den oberen Bereich 2a des ICohlebettes frisch aufgeschüttete Kohle durch abströmendes Produktgas rasch zu troclcnen und dabei su erv/ämen. Diese Erwärmung führt in den etwas tieferen Kohleschichten in oberen Bettbereich. 2a bereits zur Schwelung der Kohle, die umso intensiver wird, je mehr die Kohle im Reaktor nach unten sinkt. Der Produktgasabzug mit Hilfe der öffnungen 13 bewirkt somit auch eine bessere Ausnutzung des Realrtorvolumens zur Kohlevergasung und trägt zur Le.istungssteigerung erheblich bei.

In Fig. 2 ist ein Teil des rechten oberen Bereichs des Reaktors der Fig. 1 vergrößert dargestellt, der gegenüber Fig. 1 eine etwas abgewandelte Abschirnwand 11a aufweist. Die Abschirmwand 11a der Fig. 2 ist ebenfalls zylindrisch, jedoch im Unterschied zur Fig. 1 jalousieartig ausgestaltet. Die gewinkelten Randteile 18 und 19 bilden ringförmige Schlitze 20 und 21, durch welche das vom oberen Ende des Kohlebettes ausströmende Gas in den Ringraum 10 gelangen kann. Die Schlitze 20 und 21 der Fig. 2 ersetzen demnach die Öffnungen 13 in der Abschirmwand der Fig. 1. Auch in Fig. 2 stellen die Pfeile die in den Ringraum 10 gelangenden Gasströme dar. Der gewinkelte ringförmige -Randteil 19 der Abschirmwand 11a gemäß Fig. 2 ist durch einzelne Stege mit den benachbarten Teilen der Abschirmwand 11a verbunden.

Beispiel:

Ein Druckvergasungsreaictor der in Fig. 1 dargestellten Art v/eist einen inneren Durchmesser von 4 m und eine lichte Höhe oberhalb des Drehrostes von 3,50 m auf. Die Abschirmwand 11 ist 2 m hoch bei einem Durchmesser von 3,10 m. Die Abschirmwand 11 ist mit 40 Öffnungen 13 versehen, von denen jede

2
eine Fläche von 0,1 m besitzt. Die Offnungen sind in zwei Reihen angeordnet.

909809/0052 - ⁸ -

Dem Reaktor werden pro Stunde29 t Kohle (trocken und aschefrei gerechnet) mit einer Körnung von 2 bis 60 πια aufgegeben. /Is Vergasungsmittel werden in das Kohlefestbett pro Stunde ein Geraisch aus 51 t Wasserdampf und 8 500 Km ^ Sauerstoff in den Drehrost 6 eingeleitet und von dort aus in das Festbett verteilt. Trocken gerechnet verlassen den Reaktor durch die Ableitung 15 pro Stunde 60 000 lter Rohgas, das noch 40 000 Nm-* V/asserdampf, 3 000 kg Teerdämpfe und 200 kg Feststoffe, insbesondere Kohlestaub, enthält. 30 % des gesamten Produktgases treten durch die Öffnungen 13 in den Ringraum 10 ein.

909809/0052

Claims

Metallgesellschaft Frankfurt/Main, 15. Aug. 1977

Aktiengesellschaft lign/CPA nnieean

Kr. 8150 Lo 2736687

Patentansprüche

Verfahren zur Vergasung körniger Kohle unter einem Druck von 10 bis 100 bar in einem Reaktor, in welchem die Kohle ein Festbett bildet, in dessen unteren Bereich freien Sauerstoff enthaltendes Gas und Wasserdampf als Vergasungsmittel eingeleitet werden und das Produktgas den Reaktor durch einen Produktgasabzug verläßt, der mit einem Ringraum ver bunden ist, der sich hinter einer das Kohlebett im oberen Bereich eingrenzenden Abschirmv/and befindet, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kohlebett aus ein Teil des Produktgases von unten in den Ringraum eintritt und ein weiterer Produktgasanteil von mindestens 20 % des gesamten Produktgases oberhalb des von der Abschirmv/and eingegrenzten Kohlebettes abgeführt und in den Ringraum eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlebett in dem von der Abschirmwand eingegrenzten Bereich durch Produktgas erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzelehnet, daß mindestens ein Teil der Kohle des Kohlebettes in dem von der Abschirmwand eingegrenzten Bereich durch Produktgas auf Temperaturen von 300 bis 600⁰C erhitzt und geschwelt wird.
4. Vorrichtung zur Vergasung körniger Kohle unter einem Druck von 10 bis 100 bar in einem Reaktor, in welchem die Kohle ein Festbett bildet, in dessen unteren Bereich freien Sauerstoff enthaltendes Gas und Wasserdampf als Vergasungsmittel eingeleitet werden und das Produktgas den Reaktor durch einen Pro duktgasabzug verläßt, der mit einem Ringraum verbunden ist,

- 2 -909809/0052

ORIGINAL INSPECTED

eier sich hinter einer das Kohlebett im oberen Bereich ein-■Trennenden Abschirnv/and befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraun an seinem unteren Ende durchlässig für· Produlctga.~ aus dem Kohlebett ist und die Abschirmv;and oberhalb des Kohlebettes Gasdurchtrittsöfxnungen aufv/eist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ^kennzeichnet, daß die Abschirmwand einen Durchmesser vom 0,7 bis 0,9-fachen des Innendurchmessers des Reaktors aufv/eist.

909809/0052