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WO2018095781A1 - Verfahren und anlage zur kohlenstoff-reduzierung im bodenprodukt eines wirbelschichtvergasers - Google Patents

Verfahren und anlage zur kohlenstoff-reduzierung im bodenprodukt eines wirbelschichtvergasers Download PDF

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WO2018095781A1
WO2018095781A1 PCT/EP2017/079320 EP2017079320W WO2018095781A1 WO 2018095781 A1 WO2018095781 A1 WO 2018095781A1 EP 2017079320 W EP2017079320 W EP 2017079320W WO 2018095781 A1 WO2018095781 A1 WO 2018095781A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluidized bed
combustion chamber
gasification reactor
additional
gasification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/079320
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Abraham
Domenico Pavone
Dobrin Toporov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Priority to PL17811206T priority Critical patent/PL3548587T3/pl
Priority to ES17811206T priority patent/ES2877770T3/es
Priority to EP17811206.6A priority patent/EP3548587B1/de
Priority to DK17811206.6T priority patent/DK3548587T3/da
Publication of WO2018095781A1 publication Critical patent/WO2018095781A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices

Definitions

  • the present invention relates to a plant for the conversion of carbonaceous fuels in synthesis gas comprising a gasification reactor having at least one fluidized bed zone, in which the gasification of the fuels by suitable gasification, wherein in a below the fluidized bed zone arranged bottom area as a bottom product, a carbon-containing ash stream is obtained and wherein below the gasification reactor a device is arranged in which an oxidation of the bottom product takes place by supplying an oxidizing agent.
  • HTW method high-temperature Winkler method
  • a fuel also difficult fuels with a very high proportion of ash and biologically based fuels are used.
  • These are introduced into a fluidized bed, which is operated as a bubbling fluidized bed, and gasified with oxygen.
  • the HTW process works in comparison to other gasification processes at comparatively moderate temperatures, at which the resulting ash does not leave the gasification reactor in a molten state. This has operational advantages, especially with corrosive ashes.
  • gasification is usually done via separate nozzles with the gasification agents, such as water vapor, carbon dioxide, oxygen or air.
  • the gasification agents such as water vapor, carbon dioxide, oxygen or air.
  • These nozzles are arranged, for example, in different planes, for example both in the fluidized bed zone and in the so-called freeboard zone (FB).
  • FB freeboard zone
  • FB freeboard zone
  • a high material and energy transfer rate is achieved and the return of the unreacted solids over the cyclone and return line in the fluidized bed, a uniform temperature distribution over the fluidized bed can be secured.
  • the temperature of the fluidized bed should be kept below the temperature of the ash softening point.
  • the proportion of the total oxygen above the fluidized bed is, for example, between about 60% and about 10% in an HTW process.
  • the temperatures should preferably not exceed certain limits while the operating temperature should preferably be at least about 100 ° C lower than the ash softening point.
  • the addition of oxygen into the post-gasification zone also leads, in side reactions, to partial combustion of the synthesis gas reservoir (CO + H 2 ) and consequently to a reduction in the synthesis gas yield. Therefore, one must increase the gas and particle temperature in order to accelerate the gasification reaction.
  • WO 2015/003778 A1 describes a method and a device for the aftertreatment of the carbon-containing bottom product obtained in the gasification of carbonaceous fossil fuels in a high-temperature Winkler method (HTW method) in the direction of gravity below the fluidized bed. It is proposed not to supply the bottom product to an external firing device to utilize the energy of the bottom product and to achieve the landfill capability, but to apply open-cell ceramic elements such as gas purging bricks, foamed ceramics or the like in a bottom product oxidizer below the fluidized bed with an added oxidant. In this way, a further oxidation is to be achieved and the carbon material turnover in the HTW carburetor can be increased.
  • HTW method high-temperature Winkler method
  • the known device is designed so that they are in the Downstream of the fluidized bed zone continuously tapers conically in cross section and then tapered conically further in the first post-gasification zone arranged thereunder, while the container in the lowest second post-gasification zone has the smallest cross-section and is cylindrical.
  • the object of the present invention is to provide an improved apparatus and a method for the economic gasification of different feedstocks in a pressure-charged fluidized bed gasification, which is suitable for comparatively high operating pressures of preferably above 10 bar and is economical with high safety and availability.
  • the solution to this problem provides a plant for the conversion of carbonaceous fuels in synthesis gas comprising a gasification reactor with at least one fluidized bed zone of the type mentioned with the features of claim 1.
  • an additional fluidized bed combustion chamber is arranged as a device for the oxidation of the bottom product below the fluidized bed zone of the gasification reactor.
  • this additional fluidized bed combustor by supplying a suitable oxidizer, effective combustion of the bottoms product from the gasification reactor can be achieved.
  • the reactor forming the additional fluidized-bed combustion chamber is somewhat smaller than the gasification reactor.
  • This additional fluidized-bed combustion chamber is positioned below the gasification reactor and connected, for example via a cross-sectional constriction with the fluidized bed zone of the gasification reactor.
  • a cross-sectional constriction is understood to mean such a shape of the gasification reactor that the cross-section in the area of the cross-sectional constriction, which is below the fluidized bed zone, is less than in the area of the fluidized bed zone, whereas the cross section of the additional fluidized bed combustion chamber, in turn is arranged below the cross-sectional constriction, at least in sections again larger than in the region of the cross-sectional constriction.
  • the fluidized-bed zone itself preferably has a conical cross-section tapering from top to bottom so that the cross-section in the region of the cross-sectional constriction which subsequently adjoins downward is preferably at most as large as the smallest cross section at the lower end of the fluidized bed zone. Further downwards, in the area of the additional fluidized bed combustion chamber, the cross section of the reactor increases again.
  • the fluidized bed combustion chamber is formed as a separate chamber of the gasification reactor, which is connected only via the cross-sectional constriction with the fluidized bed zone, but preferably nevertheless part of the entire gasification reactor and is not a separate reactor (with separate container).
  • the additional fluidized-bed combustion chamber is in turn formed with a conically tapering cross-section downwards.
  • the oxidizing agent which is fed into the additional fluidized bed combustion chamber via the at least one feed device, is preferably injected or injected, preferably comprises oxygen and / or air and may additionally contain, for example, steam and / or CO 2 . If several feed devices are used, these can be used to supply the additional fluidized bed combustion chamber via these oxidizing fluid streams having a different composition from one or more of the abovementioned gases / fluids.
  • the oxygen content of the oxidant when supplied in admixture with steam, is less than about 21% by volume.
  • the oxygen content and the amount of oxygen should be selected depending on the amount of carbon in the bottoms product to be combusted in the additional fluidized bed combustor and the combustion temperature below the ash softening.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the system has at least one temperature measuring device for measuring the temperature in the additional fluidized bed combustion chamber.
  • this temperature measuring device it is possible to measure the temperature in the additional fluidized-bed combustion chamber and, depending on the measured temperature, one can conclude the carbon content of the fuel and adjust the oxygen content of the supplied oxidizing agent accordingly, preferably in such a way that excess stoichiometric ratios result.
  • a control device is furthermore provided in order to regulate the amount and / or the oxygen content of an oxygen and / or air and / or vapor and / or CO 2 -containing fluid flow injected via the at least one feed device into the additional fluidized bed combustion chamber ,
  • the control device is preferably in operative connection with the temperature measuring device in order to determine the quantity and / or the oxygen content of the oxygen and / or air and / or vapor and / or CO 2 -containing fluid stream injected into the additional fluidized bed combustion chamber via the at least one feed device To regulate dependence on the measured temperature in the additional combustion chamber.
  • the feed device is designed such that by the injected into the additional fluidized bed combustion oxygen and / or air and / or steam and / or C0 2 -containing fluid stream in the additional combustion chamber to be burned bottom product is fluidized. This has the procedural advantage that one for the fluidization, ie. For the production of the fluidized bed in the additional combustion chamber no additional fluid needed, but this can use the already supplied oxidant.
  • the feed device comprises at least one nozzle, preferably a multi-fluid nozzle, for injecting a fluid mixture of at least two different oxidizing fluids into the additional combustion chamber.
  • a multi-component nozzle can be used, as described in WO 2014/026748 AI. The content of this document is hereby incorporated by reference.
  • the supply device is preferably associated with at least one valve for shutting off and / or regulating the supplied oxidizing fluid flow, so that the supply of the oxidizing agent can be regulated and / or optionally shut off.
  • the system according to the invention comprises at least two feed devices for supplying differently composed oxidizing fluid streams, wherein each feed device is assigned in each case at least one valve for shutting off and / or regulating the respectively supplied oxidizing fluid flow.
  • each feed device is assigned in each case at least one valve for shutting off and / or regulating the respectively supplied oxidizing fluid flow.
  • the fluidized bed combustion chamber differently differentiated fluid streams may optionally be differentiated in different places in the particular desired amount.
  • the system according to the invention comprises at least one pressure difference measuring device and display device in order to indicate a pressure difference between the pressure in the fluidized bed of the gasification reactor and the pressure in the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the measured pressure difference can be used, for example, in order to optimize the conditions for the fluidization of the fluidized bed in the gasification reactor by the flue gases exiting from the additional fluidized bed combustion chamber on the one hand and by the supplied oxidant on the other hand.
  • a preferred development of the system according to the invention provides that it has at least one connecting line for the return of raw gas from the gasification reactor, which leads out of the gasification reactor and into the additional fluidized-bed combustion chamber. In this way, you can at least a partial flow of the raw gases generated in the gasification reactor in the additional fluidized bed combustion chamber and use there, for example, for the fluidization (generation of the fluidized bed) and / or optionally also for the oxidation and promotion of combustion, as far as the raw gas contains oxidizing gas components.
  • a preferred development of the system according to the invention comprises at least one compressor for the compression of recirculated raw gas from the gasification reactor into the additional fluidized-bed combustion chamber so that the crude gas can be compressed for the recirculation.
  • the present invention furthermore relates to a process for the conversion of carbonaceous fuels into synthesis gas in which a gasification of the fuels takes place in a gasification reactor having at least one fluidized bed zone by means of suitable gasification means, wherein a carbonaceous ash stream is obtained as bottom product in a bottom region arranged below the fluidized bed zone, and below Gasification reactor is arranged a device in which an oxidation of the bottoms product takes place by supplying an oxidizing agent, wherein the oxidation of the bottoms product takes place in an arranged below the fluidized bed zone of the gasification reactor additional fluidized bed combustion chamber.
  • the resulting in the oxidation of the bottom product in the additional fluidized bed combustion flue gas is passed from the bottom into the gasification reactor and serves to generate there fluidization of the particles to be gasified or at least to support this fluidization.
  • a portion of the raw gas generated in the gasification in the gasification reactor is recycled from the gasification reactor via at least one connecting line in the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the recirculated portion of the raw gas produced in the gasification in the gasification reactor is compressed prior to introduction into the additional fluidized bed combustion chamber by means of at least one compressor.
  • a preferred development of the method provides that the exit velocity of the bottom product from the gasification reactor into the underlying additional fluidized bed combustion chamber is preferably adjusted by means of the flow of the recirculated gas such that only particles of coarser particle size due to gravity from the gasification reactor in the underneath get lying additional fluidized bed combustion chamber.
  • the finer particle class thus remains in the gasification reactor, which also reduces the carbon content.
  • the inventive method provides that preferably the gasification of the fuels in the gasification reactor at an operating pressure of at least about 10 bar.
  • an oxidizing fluid flow which contains oxygen and / or air and / or vapor and at least one second is injected via at least one first feed device into the additional fluidized-bed combustion chamber
  • Feeder is injected into the additional fluidized bed combustion chamber, a fluid stream containing C0 2 and / or recycled gas from the gasification reactor.
  • the temperature in the additional fluidized-bed combustion chamber is measured, since the temperature permits conclusions about the course of the combustion process and the carbon content of the local soil product after the gasification process.
  • the oxygen content of the oxidizing agent supplied to the fluidized-bed combustion chamber in accordance with the carbon content of the fuel, it being preferable to adjust over-stoichiometric conditions.
  • the gasification reactor used for the gasification in the fluidized bed zone according to the present invention is particularly preferably a high-temperature Winkler gasifier and the gasification process is carried out under appropriate conditions with respect to pressure, temperature and other parameters, reference being made to the cited document and the relevant literature becomes .
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of an exemplary system according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed representation of a detail from the plant shown in FIG. 1, wherein the lower region of the gasification reactor and the additional fluidized-bed combustion chamber are shown.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of an exemplary system according to the invention which has a delivery system 20 by means of which the starting material, for example coal, biomass, waste or the like, is fed to the gasification reactor 10.
  • This conveying and feeding system 20 comprises, for example, a number of conically ending containers 21 and possibly locks and is suitable for bringing the starting material to a pressure level which also prevails in the gasification reactor 10.
  • the material can then be spent in the gasification reactor.
  • the gasification reactor 10 comprises a fluidized bed zone 11 and above a so-called "free board zone", that is, a mixing region 16 (also called freeboard zone), wherein in these two zones 11, 16, the gasification of the starting material at elevated temperatures of, for example, about 800 Furthermore, a cyclone separator 18 connected to the gasification reactor 10 is provided, in which the entrained partially gasified particles (ash particles) are separated from the synthesis gas produced in the gasification reactor, such as that the dust-free synthesis gas via an output line 19 can be dissipated.
  • a return line 23 is provided, which starts from the lower region of the cyclone separator 18 and serves to recirculate ash particles entrained with the synthesis gas, which were separated in the cyclone separator 18, into the fluidized bed zone 11.
  • Solid by-products (ash particles) from the bottom product of the gasification reactor 10 arrive in the inventive process in an additional fluidized bed combustion chamber 12, which is arranged below the fluidized bed zone 11 of the gasification reactor 10 and connected thereto via a cross-sectional constriction, so that in particular by gravity particles of the bottom product from the gasification reactor 10 down into the additional fluidized bed combustor 12 may fall, while lighter smaller particles remain due to the fluidization in the gasification reactor 10.
  • the additional fluidized bed combustor 12 is substantially smaller than the gasification reactor 10 and is only a fraction of the size of the gasification reactor.
  • the addition of the oxidizing agent which consists in particular of oxygen / steam, air or CO 2
  • the oxidizing agent can take place in different areas of the installation in different height positions.
  • a first upper nozzle 24 is provided for the addition of the oxidizing agent into the gasification reactor in the lower region of the "free board zone.”
  • Addition of, for example, a mixture of oxygen and steam below it into the fluidized bed zone 11 takes place
  • an addition of this or another oxidizing agent of any of the above-described compositions via a fourth lower nozzle 27 is provided, which takes place directly into the additional fluidized bed combustion chamber 12 into the gasification reactor via a second middle nozzle 25.
  • These various nozzles for the supply of the oxidant can be connected in the simplest case using oxidants of the same composition via lines and fed via common supply lines, but as well is a supply from different sources about each separate line systems possible.
  • first upper feeder 24 in the form of a nozzle or the like for example, a mixture of oxygen and steam, which is injected into the fluidized bed zone 11 of the gasification reactor.
  • a further central feed device 26 is arranged, via which in this case a mixture of recirculated raw gas and C0 2 from the gasification reactor is preferably supplied, which in this case supports the fluidization of the material to be gasified is used in the fluidized bed zone 11.
  • a further lower nozzle 27 is provided, which is arranged on the outside of the additional fluidized-bed combustion chamber 12 and via which a supply of oxidant such as a mixture of oxygen and steam in the additional fluidized bed combustion chamber 12 can take place.
  • a further lower nozzle 28 is arranged in the lower region of the additional fluidized-bed combustion chamber 12, via which in turn, for example, a mixture of recirculated raw gas from the gasification reactor and C0 2 can be injected into the additional fluidized-bed combustion chamber.
  • a mixture of recirculated raw gas from the gasification reactor and C0 2 can be injected into the additional fluidized-bed combustion chamber.
  • a line 29, in which a valve 30 is arranged so that one can regulate the supply to the nozzle 28 and shut off or restrict, for example.
  • This line 29 is connected to a line from which a branch line 31 leads, which leads to the nozzle 26, so that one can use a gas mixture from the gasification reactor, which is supplied by the latter via a common line for the fluidization in both parts of the plant, which then branches and leads to the nozzles 26 and 28, respectively.
  • a valve 32 is arranged, so that one can shut off this branch line 27 separately, for example, if only one supply to the nozzle 28 is desired.
  • a temperature measuring device 33 is provided, by means of which one can measure the temperature in the additional fluidized bed combustion chamber 12. The measured temperature can be used to draw conclusions about the carbon content of the fuel in the combustion chamber 12, from which one then again calculates how much oxidizing agent has to be supplied to the combustion chamber 12 via the nozzle 27 to an optimum ratio of oxygen / carbon (preferably this is superstoichiometric).
  • a pressure difference measuring device 34 is provided in FIG. 2 which measures the respective pressure on the one hand in the fluidized bed zone 11 and on the other in the additional fluidized bed combustion chamber 12, wherein the pressure difference between the two values is determined and displayed. From this pressure difference one can conclude conclusions about the flow conditions in the cross-sectional constriction 13 between the two parts of the system.
  • the supply of the fluid via the line 27 and the nozzle 26 can again be regulated in the region of the cross-sectional constriction 13, which takes place, for example, via the valve 32. In this way One can influence the degree of fluidization of the fluidized bed zone 11 by the recycled raw gas.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11), in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, wobei als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) angeordnet ist.

Description

Verfahren und Anlage zur Kohlenstoff-Reduzierung im Bodenprodukt eines Wirbelschicht- vergasers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone, in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt.
Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in der Wirbelschicht sind seit langem bekannt. Insbesondere ist hier das Hochtemperatur-Winkler-Verfahren (HTW-Verfahren) zu nennen, welches als erprobte Technologie gilt, mit der sowohl stückige als auch flüssige oder pastöse Brennstoffe in Synthesegas umgewandelt werden. Als Brennstoff kommen auch schwierige Brennstoffe mit sehr hohem Ascheanteil sowie biologisch basierte Brennstoffe zur Anwendung. Diese werden in eine Wirbelschicht, die als blasenbildende Wirbelschicht betrieben wird, eingeführt und mit Sauerstoff vergast. Das HTW-Verfahren arbeitet gegenüber anderen Vergasungsverfahren bei vergleichsweise moderaten Temperaturen, bei denen die entstehende Asche nicht schmelzflüssig den Vergasungsreaktor verlässt. Dies hat insbesondere bei korrosiven Aschen betriebliche Vorteile.
Bei den bekannten HTW-Verfahren erfolgt die Vergasung in der Regel über getrennte Düsen mit den Vergasungsmitteln, beispielsweise Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff oder Luft. Diese Düsen sind beispielsweise in verschiedenen Ebenen angeordnet, zum Beispiel sowohl in der Wirbelbettzone als auch in der so genannten Freibordzone (FB). In dieser Freibordzone (FB) wird eine hohe Material- und Energieübertragungsrate erreicht und über die Rückführung der nicht umgesetzten Feststoffanteile über den Zyklon und Rückführleitung in die Wirbelschicht kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Wirbelschicht gesichert werden . Um die Bildung von Partikelagglomerationen zu vermeiden, sollte die Temperatur des Wirbelbettes unter der Temperatur des Ascheerweichungspunktes gefahren werden.
Zusätzlich werden beim herkömmlichen HTW-Verfahren Vergasungsmittel, in der Regel Sauerstoff, in die FB-Zone, die sich über dem Wirbelbett befindet, eingetragen . Durch die Injektion dieses „sekundären " Sauerstoffs werden verschiedene Effekte erreicht, nämlich zum einen die Umsetzung eines Teils des fein verteilten Brennstoffes, welcher aus dem Wirbelbett ausgetragen wird und zum anderen soll die Temperatur der Gase erhöht werden, so dass eine weitere Oxidation und/oder ein Cracken der aus dem Einsatzstoff ausgetriebenen flüchtigen Substanzen (Teere und Kohlenwasserstoffe) erfolgen kann . Gleichzeitig erfolgt eine Reaktion der feinen verteilten Brennstoff partikel mit Dampf und C02 entsprechend der Boudouard-Reaktion .
Der Anteil des Gesamtsauerstoffs oberhalb der Wirbelschicht liegt bei einem HTW-Verfahren beispielsweise zwischen etwa 60 % und etwa 10 %. Um die Verschlackung in der Nachvergasungszone zu vermeiden, sollten die Temperaturen vorzugsweise bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, dabei sollte die Betriebstemperatur vorzugsweise mindestens etwa 100° C unter dem Ascheerweichungspunkt liegen . Hierzu kann man Dampf mit Sauerstoff mischen und in den Reaktor einbringen. Die Zugabe von Sauerstoff in die Nachvergasungszone führt jedoch in Nebenreaktionen auch dazu, dass es zu einer teilweisen Verbrennung des Synthesegasreservoirs (CO + H2) kommt und folglich zu einer Reduzierung der Synthesegas-Ausbeute. Daher muss man die Gas- und Partikeltemperatur erhöhen, um die Vergasungsreaktion zu beschleunigen.
Bei der Vergasung von aschehaltigen fossilen Brennstoffen im Hochtemperatur-Winkler-Vergaser (HTW-Vergaser) unter stationären Wirbelschichtbedingungen wird am Boden des Vergasers ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom (so genanntes Bodenprodukt BP) abgezogen . Zur Ausnutzung der Energie und zur Erreichung der Deponiefähigkeit wird das Bodenprodukt bisher einer externen Feuerung zugeführt. Aus wirtschaftlichen Erwägungen sollte auf diese aufwändige Nachbehandlung verzichtet werden .
Der Bedarf an geeigneten Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wie beispielsweise Stroh, Restholz, Kohle oder dergleichen nimmt grundsätzlich zu . Daraus ergibt sich eine zunehmende Notwendigkeit zur Entwicklung von kostengünstigen Vergasungsverfahren, bei denen keine zusätzlichen Anlagen zur Entsorgung des Kohlenstoff-haltigen Bodenproduktes erforderlich sind .
In der WO 2015/003778 AI werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen fossilen Brennstoffen in einem Hochtemperatur-Winkler- Verfahren (HTW-Verfahren) anfallenden Kohlenstoff-haltigen Bodenproduktes in Schwerkraftrichtung unterhalb der Wirbelschicht beschrieben. Es wird vorgeschlagen, zur Ausnutzung der Energie des Bodenprodukts und zur Erreichung der Deponiefähigkeit das Bodenprodukt nicht einer externen Feuerungseinrichtung zuzuführen, sondern offenporige keramische Elemente wie Gasspülsteine, Schaumkeramiken oder dergleichen in einem Bodenprodukt-Oxidator unterhalb der Wirbelschicht mit einem zugeführten Oxidationsmittel zu beaufschlagen. Auf diese Weise soll eine weitergehende Oxidation erreicht und der Kohle nstoffumsatz in dem HTW-Vergaser erhöht werden.
Aus der EP 1 201 731 AI ist ein Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen in der Wirbelschicht bekannt, bei dem unterhalb der Wirbelschicht eine erste Nachvergasungszone und eine zweite Nachvergasungszone angeordnet sind, um so eine weitgehende Umsetzung der C-haltigen Feststoffe zu erzielen . In der ersten Nachvergasungszone wird über Düsen ein Vergasungsmittel eingeblasen, um so eine gewisse Auflockerung des Feststoffs in dieser Zone zu erzielen. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die für eine stationäre Wirbelschicht typischen Strömungsbedingungen vermieden werden sollen. Vielmehr will man erreichen, dass die schwereren Ascheagglomerate, die sich in der Wirbelschichtzone gebildet haben, schneller nach unten sinken als die kleineren Restkokspartikel, die noch Kohlenstoffanteile enthalten, damit letztere länger in den Nachvergasungszone verweilen. Die bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie sich in der Wirbelschichtzone nach unten hin kontinuierlich im Querschnitt konisch verjüngt und danach in der darunter angeordneten ersten Nachvergasungszone weiter konisch verjüngt, während der Behälter in der untersten zweiten Nachvergasungszone den geringsten Querschnitt aufweist und zylindrisch ausgebildet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur wirtschaftlichen Vergasung unterschiedlicher Einsatzstoffe in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtvergasung zur Verfügung zu stellen, die für vergleichsweise hohe Betriebsdrücke von vorzugsweise oberhalb von 10 bar geeignet und bei hoher Sicherheit und Verfügbarkeit wirtschaftlich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer angeordnet. In dieser zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer kann man durch Zufuhr eines geeigneten Oxidationsmittels eine effektive Verbrennung des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor erreichen. Vorzugsweise ist der die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer bildende Reaktor um einiges kleiner als der Vergasungsreaktor.
Diese zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ist unterhalb des Vergasungsreaktors positioniert und beispielsweise über eine Querschnittsverengung mit der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors verbunden. Unter einer Querschnittsverengung wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine derartige Form des Vergasungsreaktors verstanden, dass der Querschnitt im Bereich der Querschnittsverengung, die unterhalb der Wirbelschichtzone liegt, geringer ist als im Bereich der Wirbelschichtzone, wohingegen der Querschnitt der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer, die wiederum unterhalb der Querschnittsverengung angeordnet ist, zumindest abschnittsweise wieder größer ist als im Bereich der Querschnittsverengung . Mit anderen Worten, wenn man den Vergasungsreaktor von oben nach unten hin betrachtet, nimmt der Querschnitt unterhalb der Wirbelschichtzone ab, dort wo sich die Querschnittsverengung befindet und danach unterhalb der Querschnittsverengung nimmt der Querschnitt im Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht- Brennkammer wieder zu.
Die Wirbelschichtzone selbst weist vorzugsweise einen konischen sich von oben nach unten hin verjüngenden Querschnitt auf, so dass der Querschnitt im Bereich der sich dann nach unten hin anschließenden Querschnittsverengung bevorzugt höchstens so groß ist wie der geringste Querschnitt am unteren Ende der Wirbelschichtzone. Weiter nach unten hin, im Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer, vergrößert sich der Querschnitt des Reaktors wieder. Vorzugsweise ist die Wirbelschicht-Brennkammer als eine eigene Kammer des Vergasungsreaktors ausgebildet, die nur über die Querschnittsverengung mit der Wirbelschichtzone verbunden ist, vorzugsweise gleichwohl aber Teil des gesamten Vergasungsreaktors ist und keinen separaten Reaktor (mit separatem Behältnis) darstellt. Vorzugsweise zumindest in ihrem unteren Bereich ist die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer wiederum mit einem sich nach unten hin konisch verjüngenden Querschnitt ausgebildet.
Das Oxidationsmittel, welches über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer eingespeist, vorzugsweise eingedüst bzw. injiziert wird, umfasst vorzugsweise Sauerstoff und/oder Luft und kann zusätzlich beispielsweise Dampf und/oder C02 enthalten . Werden mehrere Zuführeinrichtungen verwendet, können über diese oxidierende Fluidströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung aus einem oder mehreren der vorgenannten Gase/Fluide der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer zugeführt werden .
Vorzugsweise liegt der Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels, wenn dieses im Gemisch mit Dampf zugeführt wird, bei weniger als etwa 21 Vol.-%. Der Sauerstoffgehalt und die Sauerstoffmenge sollten in Abhängigkeit von der Menge an Kohlenstoff in dem in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer zu verbrennenden Bodenprodukt und der Verbrennungstemperatur unterhalb der Ascheerweichung gewählt werden .
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht- Brennkammer aufweist. Mittels dieser Temperaturmesseinrichtung kann man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer messen und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur kann man auf den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs schließen und den Sauerstoffgehalt des zugeführten Oxidationsmittels entsprechend einstellen, vorzugsweise so, dass sich überstöchiometrische Verhältnisse ergeben.
Vorzugsweise ist weiterhin eine Regeleinrichtung vorgesehen, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt eines über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder C02-haltigen Fluidstroms zu regeln.
Bevorzugt steht die Regeleinrichtung mit der Temperaturmesseinrichtung in Wirkverbindung, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt des über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampfund/oder C02-haltigen Fluidstroms in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in der zusätzlichen Brennkammer zu regeln . Vorzugsweise ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Zuführeinrichtung derart ausgebildet, dass durch den in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder C02-haltigen Fluidstrom das in der zusätzlichen Brennkammer zu verbrennende Bodenprodukt fluidisiert wird. Man hat dadurch den verfahrenstechnischen Vorteil, dass man für die Fluidisierung, d.h . für die Erzeugung der Wirbelschicht in der zusätzlichen Brennkammer kein zusätzliches Fluid benötigt, sondern hierfür das ohnehin zugeführte Oxidationsmittel verwenden kann.
Vorzugsweise umfasst die Zuführeinrichtung wenigstens eine Düse, vorzugsweise eine Mehrstoffdüse, zur Einspritzung eines Fluidgemischs aus wenigstens zwei unterschiedlichen oxidierenden Fluiden in die zusätzliche Brennkammer. Hier kann zum Beispiel eine Mehrstoffdüse verwendet werden, wie sie in der WO 2014/026748 AI beschrieben wird. Auf den Inhalt dieser Druckschrift wird hier ausdrücklich Bezug genommen.
Weiterhin ist vorzugsweise der Zuführeinrichtung wenigstens ein Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet, so dass man die Zufuhr des Oxidationsmittels regeln und/oder gegebenenfalls absperren kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Anlage wenigstens zwei Zuführeinrichtungen für die Zufuhr unterschiedlich zusammengesetzter oxidierender Fluidströme, wobei jeder Zuführeinrichtung jeweils wenigstens ein Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des jeweils zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet ist. Auf diese Weise kann man der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer unterschiedlich zusammengesetzte Fluidströme gegebenenfalls an verschiedenen Stellen differenziert in der jeweils gewünschten Menge zuführen .
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine Druckdifferenzmessvorrichtung und Anzeigevorrichtung, um eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Wirbelschicht des Vergasungsreaktors und dem Druck in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer anzuzeigen . Die gemessene Druckdifferenz kann man beispielsweise nutzen, um die Bedingungen für die Fluidisierung der Wirbelschicht im Vergasungsreaktor durch die aus der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer nach oben hin austretenden Rauchgase einerseits und durch das zugeführte Oxidationsmittel andererseits zu optimieren.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass diese wenigstens eine Verbindungsleitung für die Rückführung von Rohgas aus dem Vergasungsreaktor aufweist, die aus dem Vergasungsreaktor heraus und in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer hinein führt. Auf diese Weise kann man wenigstens einen Teilstrom der in dem Vergasungsreaktor erzeugten Rohgase in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer rückführen und dort beispielsweise für die Fluidisierung (Erzeugung der Wirbelschicht) und/oder gegebenenfalls auch für die Oxidation und Förderung der Verbrennung nutzen, soweit das Rohgas noch oxidierende Gasanteile enthält. Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst wenigstens einen Verdichter für die Verdichtung von rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer, so dass man das Rohgas für die Rückführung verdichten kann .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas bei dem in einem Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, wobei die Oxidation des Bodenprodukts in einer unterhalb der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer erfolgt.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß das bei der Oxidation des Bodenprodukts in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer entstehende Rauchgas von der Unterseite her in den Vergasungsreaktor geleitet und dient dazu, dort eine Fluidisation der zu vergasenden Partikel zu erzeugen oder diese Fluidisation zumindest zu unterstützen .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor erzeugten Rohgases aus dem Vergasungsreaktor über wenigstens eine Verbindungsleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer rückgeführt.
Vorzugsweise wird der rückgeführte Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor erzeugten Rohgases vor der Einleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor in die darunter befindliche zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer vorzugsweise mit Hilfe des Stroms des rückgeführten Gases derart eingestellt wird, dass nur Partikel gröberer Partikelgröße aufgrund der Schwerkraft aus dem Vergasungsreaktor in die darunter liegende zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer gelangen. Die feinere Partikelklasse verbleibt somit weiterhin im Vergasungsreaktor, wodurch ebenfalls der Kohlenstoffgehalt reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass bevorzugt die Vergasung der Brennstoffe im Vergasungsreaktor bei einem Betriebsdruck von wenigstens etwa 10 bar erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird über mindestens eine erste Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ein oxidierender Fluidstrom injiziert, welcher Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf enthält und über mindestens eine zweite Zuführeinrichtung wird in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ein Fluidstrom injiziert, welcher C02 und/oder recyceltes Gas aus dem Vergasungsreaktor enthält.
Vorteilhaft ist es, wenn man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer misst, da die Temperatur Rückschlüsse auf den Verlauf des Verbrennungsvorgangs und den Kohlenstoffgehalt des dortigen Bodenprodukts nach dem Vergasungsvorgang zulässt. Somit kann man in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur den Sauerstoffgehalt des der Wirbelschicht-Brennkammer zugeführten Oxidationsmittels entsprechend dem Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs einstellen, wobei man vorzugsweise überstöchiometrische Bedingungen einstellt.
Der für die Vergasung in der Wirbelschichtzone gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Vergasungsreaktor ist besonders bevorzugt ein Hochtemperatur-Winkler-Vergaser und das Vergasungsverfahren wird unter entsprechenden Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und weiterer Parameter durchgeführt, wobei hier auf die eingangs genannte Druckschrift und die einschlägige Literatur verwiesen wird .
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen :
Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage;
Figur 2 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Ausschnitts aus der in Figur 1 dargestellten Anlage, wobei der untere Bereich des Vergasungsreaktors und die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer dargestellt sind.
Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Darstellung zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage, die ein Fördersystem 20 aufweist mittels dessen das Ausgangsmaterial, beispielsweise Kohle, Biomasse, Abfälle oder dergleichen dem Vergasungsreaktor 10 zugeführt wird . Dieses Förder-und Zuführsystem 20 umfasst beispielsweise eine Anzahl von konisch endenden Behältern 21 und gegebenenfalls Schleusen und ist geeignet, das Ausgangsmaterial auf einen Drucklevel zu bringen, welcher auch in dem Vergasungsreaktor 10 herrscht. Beispielsweise über eine Förderschnecke 22 kann dann das Material in den Vergasungsreaktor verbracht werden.
Der Vergasungsreaktor 10 umfasst eine Wirbelschichtzone 11 und darüber eine so genannte „free board zone", d .h. einen Mischbereich 16 (auch Freibordzone genannt), wobei in diesen beiden Zonen 11, 16 die Vergasung des Ausgangsmaterials bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise etwa 800 °C bis etwa 1200 °C unter Zufuhr eines Gemischs aus Sauerstoff und Dampf oder Luft erfolgt. Weiterhin ist ein mit dem Vergasungsreaktor 10 verbundener Zyklonabscheider 18 vorgesehen, in dem die mitgerissenen teilvergasten Partikel (Aschepartikel) von dem im Vergasungsreaktor erzeugten Synthesegas abgetrennt werden, so dass das staubfreie Synthesegas über eine Ausgangsleitung 19 abgeführt werden kann. Es ist eine Rückführleitung 23 vorgesehen, die vom unteren Bereich des Zyklonabscheiders 18 ausgeht und dazu dient, mit dem Synthesegas mitgerissene Aschepartikel, die im Zyklonabscheider 18 abgetrennt wurden, in die Wirbelschichtzone 11 rückzuführen.
Feste Nebenprodukte (Aschepartikel) aus dem Bodenprodukt des Vergasungsreaktors 10 gelangen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12, die unterhalb der Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors 10 angeordnet und mit diesem über eine Querschnittsverengung verbunden ist, so dass insbesondere durch Gravitation Partikel des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor 10 nach unten hin in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer 12 fallen können, während leichtere kleinere Partikel aufgrund der Fluidisation im Vergasungsreaktor 10 verbleiben. Wie man in Figur 1 erkennt, ist die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer 12 wesentlich kleiner als der Vergasungsreaktor 10 und hat nur einen Bruchteil der Größe des Vergasungsreaktors.
Wie man weiterhin aus Figur 1 erkennt, kann die Zugabe des Oxidationsmittels, welches insbesondere aus Sauerstoff/Dampf, Luft oder C02 besteht in verschiedenen Bereichen der Anlage in unterschiedlichen Höhenpositionen erfolgen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist beispielsweise eine erste obere Düse 24 für die Zugabe des Oxidationsmittels in den Vergasungsreaktor im unteren Bereich der „free board zone" vorgesehen . Weiterhin erfolgt eine Zugabe von beispielsweise einem Gemisch aus Sauerstoff und Dampf unterhalb davon in die Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors über eine zweite mittlere Düse 25 sowie über eine dritte mittlere Düse 26. Schließlich ist eine Zugabe dieses oder eines anderen Oxidationsmittel einer der oben beschriebenen Zusammensetzungen über eine vierte untere Düse 27 vorgesehen, die unmittelbar in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 hinein erfolgt. Diese diversen Düsen für die Zufuhr des Oxidationsmittel können im einfachsten Fall bei Verwendung von Oxidationsmitteln gleicher Zusammensetzung über Leitungen miteinander verbunden sein und über gemeinsame Zuführleitungen gespeist werden, aber ebenso gut ist eine Speisung aus unterschiedlichen Quellen über jeweils separate Leitungssysteme möglich .
Der aus der unter dem Vergasungsreaktor 10 angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 bevorzugt nach unten hin austretende Verbrennungsrückstand wird beispielsweise über ein wassergekühltes System von Förderschnecken 38 und Druckbehältern 39, in denen er gekühlt und auf Umgebungsdruck gebracht wird, aus der Anlage abgeführt.
Nachfolgend wird beispielhaft der Bereich der Anlage, in dem sich die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer 12 befindet, anhand der vergrößerten Detaildarstellung gemäß Figur 2 näher erläutert. Hier sind im Prinzip nur die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 und teilweise die darüber liegende Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors erkennbar. Man erkennt eine erste obere Zuführeinrichtung 24 in Form einer Düse oder dergleichen für beispielsweise ein Gemisch aus Sauerstoff und Dampf, welches in die Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors eingedüst wird . Im Bereich der zwischen beiden Anlagenteilen 11 und 12 vorgesehenen Querschnittsverengung 13 ist eine weitere mittlere Zuführeinrichtung 26 angeordnet, über die in diesem Fall bevorzugt ein Gemisch aus rückgeführtem Rohgas und C02 aus dem Vergasungsreaktor zugeführt wird, welches hier zur Unterstützung der Fluidisierung des zu vergasenden Materials in der Wirbelschichtzone 11 genutzt wird. Es ist eine weitere untere Düse 27 vorgesehen, welche im Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht- Brennkammer 12 außen an dieser angeordnet ist und über die eine Zufuhr von Oxidationsmittel wie beispielsweise einem Gemisch aus Sauerstoff und Dampf in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer 12 erfolgen kann .
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist noch eine weitere untere Düse 28 im unteren Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 angeordnet, über welche wiederum beispielsweise ein Gemisch aus rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor und C02 in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer eingedüst werden kann . Auf diese Weise kann man die Verbrennungsrückstände/ Aschepartikel in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 fluidisieren und so eine Wirbelschicht ausbilden. Zu dieser Düse 28 führt eine Leitung 29, in der ein Ventil 30 angeordnet ist, so dass man die Zufuhr zu der Düse 28 regeln und beispielsweise absperren oder drosseln kann. Diese Leitung 29 ist mit einer Leitung verbunden, von der eine Zweigleitung 31 abgeht, die zu der Düse 26 führt, so dass man für die Fluidisierung in beiden Anlagenteilen ein Gasgemisch aus dem Vergasungsreaktor nutzen kann, welches von letzterem über eine gemeinsame Leitung zugeführt wird, die sich dann verzweigt und zu den Düsen 26 bzw. 28 führt. Auch in der Zweigleitung 31 ist ein Ventil 32 angeordnet, so dass man diese Zweigleitung 27 separat absperren kann, wenn beispielsweise nur eine Zufuhr zu der Düse 28 gewünscht ist. Ebenso ist es über ein weiteres Ventil 35 möglich, die Leitung vor der Abzweigung der Zweigleitung 31 abzusperren oder die Zufuhr von Rohgas und C02 bereits dort für beide Leitungen 29, 31 zu regeln.
Weiterhin ist eine Temperaturmesseinrichtung 33 vorgesehen, mittels derer man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 messen kann. Die gemessene Temperatur kann man nutzen, um Rückschlüsse über den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs in der Brennkammer 12 zu ziehen, woraus man dann wiederum berechnet, wie viel Oxidationsmittel man der Brennkammer 12 über die Düse 27 zuführen muss, um ein optimales Verhältnis Sauerstoff/Kohlenstoff (vorzugsweise ist dieses überstöchiometrisch) einzustellen.
Weiterhin ist in Figur 2 eine Druckdifferenzmesseinrichtung 34 vorgesehen, die den jeweiligen Druck zum einen in der Wirbelschichtzone 11 misst und zum anderen in der zusätzlichen Wirbelschicht- Brennkammer 12, wobei die Druckdifferenz zwischen beiden Werten ermittelt und angezeigt wird . Aus dieser Druckdifferenz kann man Rückschlüsse über die Strömungsverhältnisse in der Querschnittsverengung 13 zwischen den beiden Anlagenteilen schließen. Davon abhängig kann man dann wiederum die Zufuhr des Fluids über die Leitung 27 und die Düse 26 in den Bereich der Querschnittsverengung 13 regeln, was beispielsweise über das Ventil 32 geschieht. Auf diese Weise kann man auf den Grad der Fluidisierung der Wirbelschichtzone 11 durch das recycelte Rohgas Einfluss nehmen .
Bezuqszeichenliste
10 Vergasungsreaktor
11 Wirbelschichtzone
12 Wirbelschicht-Brennkammer
13 Querschnittsverengung
14 Zuführeinrichtung
15 Ventil
16 free board zone
17 Verbindungsleitung
18 Zyklonabscheider
19 Ausgangsleitung für Synthesegas
20 Fördersystem/Zuführsystem
21 konisch endende Behälter
22 Förderschnecke
23 Rückführleitung
24 erste obere Düse für Oxidationsmittel-Zufuhr
25 zweite mittlere Düse
26 dritte mittlere Düse
27 vierte untere Düse
28 Düse
29 Leitung
30 Ventil
31 Zweigleitung
32 Ventil
33 Temperaturmesseinrichtung
34 Druckdifferenzmesseinrichtung
35 Ventil
38 Förderschnecken
39 Druckbehälter

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11), in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) angeordnet ist.
2. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) über eine Querschnittsverengung (13) mit der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) verbunden ist.
3. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuführeinrichtung (27) für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf und/oder C02 in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer (12) vorgesehen ist.
4. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmesseinrichtung (33) zur Messung der Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist.
5. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Regeleinrichtung (30, 35) vorgesehen ist, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt eines über die wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder C02-haltigen Fluidstroms zu regeln .
6. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mit der Temperaturmesseinrichtung (33) in Wirkverbindung steht, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt des über die wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder C02-haltigen Fluidstroms in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in der zusätzlichen Brennkammer (12) zu regeln.
7. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (28) derart ausgebildet ist, dass durch den in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder C02-haltigen Fluidstrom das in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) zu verbrennende Bodenprodukt fluidisiert wird.
8. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (27, 28) wenigstens eine Düse, vorzugsweise eine Mehrstoffdüse zur Einspritzung eines Fluidgemischs aus wenigstens zwei unterschiedlichen oxidierenden Fluiden in die zusätzliche Brennkammer (12) umfasst.
9. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführeinrichtung (27, 28) wenigstens ein Ventil (30, 35) zur Absperrung und/oder Regelung des zugeführten oxidierenden und/oder fluidisierenden Fluidstroms zugeordnet ist.
10. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens zwei Zuführeinrichtungen (27, 28) für die Zufuhr unterschiedlich zusammengesetzter oxidierender Fluidströme umfasst, wobei jeder Zuführeinrichtung jeweils wenigstens ein Ventil (30, 35) zur Absperrung und/oder Regelung des jeweils zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet ist.
11. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Druckdifferenzmessvorrichtung (34) und Anzeigevorrichtung umfasst, um eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) und dem Druck in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) zu messen und anzuzeigen.
12. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verbindungsleitung (29) für die Rückführung von Rohgas aus dem Vergasungsreaktor (10) vorgesehen ist, die wenigstens Anteile des erzeugten Rohgasstroms zurück in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer (12) hinein führt.
13. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verdichter für die Verdichtung von rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor (10) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas bei dem in einem Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11) eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation des Bodenprodukts in einer unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Oxidation des Bodenprodukts in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) entstehende Rauchgas von der Unterseite her in den Vergasungsreaktor (10) geleitet wird und dazu dient, dort eine Fluidisierung der zu vergasenden Partikel zu erzeugen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor (10) erzeugten Rohgases aus dem Vergasungsreaktor über wenigstens eine Verbindungsleitung (29) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) rückgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der rückgeführte Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor (10) erzeugten Rohgases vor der Einleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Austrittsgeschwindigkeit des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor (10) in die darunter befindliche zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorzugsweise mit Hilfe des Stroms des rückgeführten Gases derart eingestellt wird, dass nur Partikel gröberer Partikelgröße aufgrund der Schwerkraft aus dem Vergasungsreaktor (10) in die darunter liegende zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) gelangen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vergasung der Brennstoffe im Vergasungsreaktor (10) bei einem Betriebsdruck von wenigstens etwa 10 bar erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass über mindestens eine erste Zuführeinrichtung (27) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein oxidierender Fluidstrom injiziert wird, welcher Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf enthält und über mindestens eine zweite Zuführeinrichtung (28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein Fluidstrom injiziert wird, welcher C02 und/oder recyceltes Gas aus dem Vergasungsreaktor (10) enthält.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) misst und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur den Sauerstoffgehalt des der Wirbelschicht-Brennkammer (12) zugeführten Oxidationsmittels entsprechend einstellt.
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