DE2611191A1

DE2611191A1 - Verfahren und vorrichtung zur umwandlung eines schwefelhaltigen kohlenstoffhaltigen materials in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares gas

Info

Publication number: DE2611191A1
Application number: DE19762611191
Authority: DE
Inventors: Per H Collin
Original assignee: Stora Kopparbergs Bergslags AB
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1976-10-07
Also published as: SE387956B; AU1174676A; SE7503313L; FR2304661B1; AU505758B2; CA1085167A; US4026679A; GB1507273A; FR2304661A1

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath l-k Wiesbaden ι 15. März 1976

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

Dr. Dieter Weber c!,* ii/wh

_BLp.₉₂₅

PATENTANWÄLTE ^{Telex: 4}^⁸⁶²⁴⁷

Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag, F alun, S chweden

Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung eines schwefelhaltigen kohlenstoffhaltigen Materials in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas

Priorität; Schwedische Patentanmeldung Nr. 75-03313-4 vom 21. März 1975

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Materialien, die gebundenen Kohlenstoff und Schwefel enthalten, in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas durch Vergasung und Teilverbrennung bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck. Unter kohlenstoffhaltigen Materialien werden feste und flüssige kohlenstoffhaltige Materialien verstanden, die bei der Py-

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rolyse einen kohlenstoffhaltigen Rückstand hinterlassen, der sogenannten gebundenen oder fixierten Kohlenstoff und außerdem flüchtige Bestandteile, Schwefel, gegebenenfalls Aschen und Feuchtigkeit enthält, unter festen kohlenstoffhaltigen Materialien werden beispielsweise fein verteilter Koks, Anthrazit, Schwarzkohle und Braunkohle oder Gemische zweier oder mehrerer dieser Materialien verstanden. Unter flüssigen kohlenstoffhaltigen Materialien werden Kohlenwasserstoffe verstanden, die bei gangbaren Temperaturen flüssig sind und bezüglich Schwefel nicht gereinigt sind, wie Brennöle, Teeröle und getoppte Rohöle.

In dem Verfahren nach der Erfindung wird das kohlenstoffhaltige Material nach Zerkleinerung von gegebenenfalls festen kohlenstoffhaltigen Materialien zu einer Korngröße von weniger als 3 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, mit Wasserdampf in einer ersten zirkulierenden Wirbelschicht, die in einer vertikal ausgerichteten länglichen Reaktionszone gehalten wird, vergast.. Die Bedingungen der vorliegenden zirkulierender Wirbelschichten sind beispielsweise in Chemical Engineering Progress, Band 67, Nr. 2, 1971, Seiten 58 bis 63 von L. Reh in dem Aufsatz Fluidized Bed Processing beschrieben. Die Schicht wird aufrechterhalten, indem man der Reaktionszone kontrollierte Ströme kohlenwasserstoffhaltxger Materialien, feinteiliger fester CaO-haltiger Materialien (wie beispielsweise Kalkstein, Dolomit, gebrannten Kalkstein oder gebrannten Dolomit) sowie Wasserdampf für die Fluidisierung und als sauerstoffhaltiges Medium zuführt. Das in solchen Mengen zugeführte kohlenstoffhaltige Material, daß die Wirbelschicht immer festen Kohlenstoff enthält, unabhängig davon, ob dieser als solcher zuge-

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führt oder in der Pyrolyse flüssiger Materialien gebildet wird, entwickelt durch Pyrolyse und Umsetzung mit dem Wasserdampf ein brennbares Gasgemisch, das CO + H₂ enthält. Gleichzeitig findet eine Schwefelreinigung im Hinblick auf die Tatsache statt, daß aus dem Brennstoff freigesetzter Schwefel durch das CaO-haltige Material gebunden wird. Die Reaktionszone verläßt ein Gemisch von Gas und festen Wirbelschichtmaterialien, und dieses Gemisch wird in Gase und feste Materialien getrennt. Ein Teilstrom der getrennten festen Materialien wird von Aschen und Schwefel befreit und zu der oben erwähnten Wirbelschicht zurückgeführt. Dies bedeutet, daß der Gehalt an Aschen und CaS in den festen Materialien auf einem geeigneten Wert gehalten wird.

Der Rest der festen Materialien wird zu einer zweiten zirkulierenden Wirbelschicht überführt, wo er durch Teilverbrennung mit einem kontrollierten Strom eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases auf eine Übertemperatur erhitzt wird, die durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des Gases ihrerseits eingestellt wird. Nach Abtrennung von dem Gas werden die die zweite zirkulierende Wirbelschicht verlassenden festen Materialien zu der ersten Wirbelschicht zurückgeführt. Die Übertemperatur der festen Materialien wird so eingestellt, daß der Wärmebedarf der ersten Wirbelschicht gedeckt wird. Die beiden Wirbelschichten arbeiten somit in einer Art Kreuzverbindung zusammen, in der die erste Wirbelschicht ein stickstofffreies verbrennbares Gas entwickelt, während die zweite Wirbelschicht stickstoffhaltiges verbrennbares Gas und Wärme entwickelt. Diese Wärme wird zu einem großen Teil zu der ersten Wirbelschicht

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mit den festen Materialien überführt. Dies ist möglich aufgrund der großen Zirkulation fester Materialien in der zirkulierenden Wirbelschicht.

Während der Teilverbrennung in der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht, die auch in einer vertikal ausgerichteten länglichen Reaktionszone gehalten wird, ist es zweckmäßig, das gegebenenfalls erhitzte, molekularen Sauerstoff enthaltende Gas, wie beispielsweise Luft, in eine Reihe kleiner Teilströme zu unterteilen und so in den unteren Teil der Reaktionszone, jedoch nicht durch den Boden, einzuführen. Um eine Fluidisierung am Boden der Zone aufrechtzuerhalten, wird ein nicht oxidierendes Gas, wie beispielsweise Rauchgase und/oder Wasserdampf, durch den Boden eingeführt. In der auf diese Weise fluidisierten bzw. aufgewirbelten Schicht wird das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas in mehrere Teilströme derart unterteilt zugeführt, daß es schnell mit dem vorbeiströmenden Gemisch von Gas und Feststoffmaterialien vermischt wird, wobei eine Überhitzung während der Teilverbrennung mit dem Sauerstoff des Gases begrenzt und kontrolliert wird. Um Ablagerungen auf den Wänden des Reaktionskessels zu verhindern, muß eine lokale überhitzung nahe den Wänden vermieden werden, was zweckmäßigerweise derart erfolgt, daß man die Strahlen des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases von den Wänden weg richtet. Zweckmäßig sollte der Winkel zwischen dem Strahl und der Wand wenigstens 10° sein. Außerdem dürfen die Strahlen nicht so kraftvoll sein, daß sie bis zu der gegenüberliegenden Wand vordringen und bis in die Nähe zu dieser gelangen, was man durch Auswahl einer ausreichend großen Zahl kleiner Teilströme erreicht. Diese Ströme wer-

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den zweckmäßig vertikal und am Umfang über die Reaktionszone verteilt. Um das erwünschte Wärmegleichgewicht zu bekommen, erhält man eine ausreichende Übertemperatur in der zweiten Wirbelschicht nach der Erfindung durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des zugeführten molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases. Diese Einstellung erfolgt am besten durch Verdünnung des Gases mit Inertgasen, Rauchgasen und/oder Wasserdampf.

Das heiße gereinigte Gas aus der ersten Wirbelschicht besteht im wesentlichen aus CO + H₂ , doch enthält es auch kleine Prozentsätze an CO₂ und H₂O und ist frei von Stickstoff und im wesentlichen frei von Schwefel im Hinblick auf die Tatsache, daß mit dem kohlenstoffhaltigen Material zugeführter Schwefel durch in der Zone vorhandenes CaO unter Bildung von CaS gebunden wurde, Nach dem Kühlen unter Rückgewinnung des Wärmeinhaltes, beispielsweise durch Entwicklung des Wasserdampfes für die Vergasung, Kondensation von Wasserdampf und Absorption von COp, erhält man ein Gas mit hohem Wert, das vorteilhafterweise als Synthesegas und/oder nach der Methanisierung als synthetisches Naturgas verwendet werden kann.

Das heiße gereinigte Gas aus der zweiten Wirbelschicht enthält N₂, CO, CO₂, H₉ und H₂O, und sein Energieinhalt wird gemäß der Erfindung für die Erzeugung von Elektrizität in einer thermischen Stromstation ausgenutzt. Aus Gründen der Wärmeausnutzung ist es jedoch zweckmäßig, zunächst einen Teil des physikalischen Wärmeinhaltes des Gases auszunutzen, indem man das Gas in Berührung mit CaCO^/CaO-haltigen Materialien in einer Venturischicht mit nach der Schicht angeordneten Trenneinrichtungen bringt. Dies führt zu einem Erhitzen der CaCO /CaO-haltigen Ma-

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terialien, und ihr CaCO -Gehalt wird zu CaO zersetzt, welches mit restlichem EUS in dem Gas reagiert und dabei CaS bildet. Bei eingestelltem (siehe unten) Fluß von CaCOo/CaO-haltigem Material sind die die Venturischicht verlassenden Gase im wesentlichen frei von Schwefel, so daß die oben erwähnte thermische Stromstation umweltfreundlich ist. Die CaO/CaS-haltigen Materialien, die in einem Zyklon oder Zyklonen nach der Venturischicht abgetrennt wurden, werden nach der Erfindung der ersten Wirbelschicht zugeführt. In dieser Wirbelschicht, wo stark reduzierende Bedingungen herrschen, binden die Materialien weitere Schwefelmengen, die aus der Einspeisung an kohlenstoffhaltigen Materialien stammen. Der Calciumgehalt der Schichtmaterialien wird aufrechterhalten, zweckmäßig in der nachfolgend aufgezeigten Weise, wie auf einem solchen Wert, daß der CaO-Gehalt der CaO/CaS-haltigen Komponente in den Schichtmaterialien, die den oberen Teil der ersten Wirbelschicht verlassen, höher als deren CaS-Gehalt ist.

Um eine Ansammlung der CaO/CaS-haltigen Komponente und von Aschen, die nach der Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien verbleiben, in dem System zu verhindern, umfaßt die Erfindung ein Kühlen eines eingestellten Teilstromes der festen Materialien, die in der Trenneinrichtung nach der ersten Wirbelschicht abgetrennt wurden und Teilchen von Koks, Aschen und CaO/CaS-haltigen Materialien enthalten, unter den Curiepunkt des Eisengehaltes der Aschen, wobei der Teilstrom dann einer magnetischen Fraktionierung unterzogen wird. Das Kühlen erfolgt in solcher Weise, daß Wärme gewonnen wird, was gemäß der Erfindung zweckmäßig so erfolgt, daß man als ein indirektes Kühlmedium

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das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas verwendet, bevor dieses in die zweite Wirbelschicht eingespeist wird. Das Gas wird dabei vorerhitzt, was vom Standpunkt der Wärmeausnutzung vorteilhaft ist.

In der magnetischen Fraktionierung des Teilstromes der Materialien aus der Trenneinrichtung nach der ersten Wirbelschicht erhält man eine magnetische Fraktion, die im wesentlichen aus Aschen besteht, deren Eisengehalt teilweise reduziert ist und

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als Fe und/oder Fe vorliegt. Diese Fraktion wird auf Halde gebracht, wodurch die Ansammlung von Aschen in dem System vermieden wird. Der Gehalt an Aschen in den beiden Wirbelschichten wird mit Hilfe des Anteils des Materialflusses aus der ersten Wirbelschicht eingestellt bzw. kontrolliert, der zu der magnetischen Fraktionierung geführt wird. Um eine wirksame und ununterbrochene Betriebsweise zu erhalten, erwies es sich allgemein als zweckmäßig, den Gehalt an Aschen zu begrenzen, doch hängt der geeignete Wert von der Zusammensetzung der Aschen ab und muß von Fall zu Fall bestimmt werden.

Die nichtmagnetische Fraktion besteht im wesentlichen aus Koks und CaO/CaS-haltiger Komponente. Um den Gehalt an Koks und Ca der Fraktion zu gewinnen, wird nach der Erfindung in an sich bekannter Weise der CaO/CaS-Gehalt in elementaren Schwefel und CaCCK umgewandelt. Der Schwefel wird gewonnen, während die CaCOo-haltige Komponente im Gemisch mit dem Koksgehalt der Fraktion erneut in die erste Wirbelschicht eingeführt wird, nachdem das CaCO₃ thermisch in der Venturischicht in der oben beschriebenen Weise zu CaO zersetzt wurde. Um eine Ansammlung bestimmter Bestandteile, die in der nichtmagnetischen Fraktion in klei-

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nen Mengen enthalten sind und nicht Ca enthalten, wie ₃₃ und SiO„, in dem System zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen kleineren Teil (weniger als 10 %) der Fraktion abzunehmen und auf Halde zu bringen. Als Ersatz hierfür wird als Abgleich CaCO-."haltiges Material von außen zugeführt, wie beispielsweise Kalkstein und/oder Dolomit.

Da im Prinzip Ca in dem System zirkuliert, wird der Ca-Gehalt des Schichtmaterials aus der ersten Wirbelschicht auf etwa den erwünschten Wert eingestellt, indem man zu gegebener Zeit mehr oder weniger Kalkstein und/oder Dolomit, als für den Abgleich erforderlich wäre, zu der Venturischicht schickt. Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung weiter erläutert, die schematisch eine Apparatur zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeigt.

Die Apparatur besteht aus einer ersten zirkulierenden Wirbelschicht 1 und einer zweiten zirkulierenden Wirbelschicht 2, die in Schächten mit damit verbundenen Trenneinrichtungen 3, 4 für feste Materialien und mit Rückführleitungen 5, 6 zur Überführung der abgetrennten festen Materialien von der ersten zirkulierenden Wirbelschicht 1 zu der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht 2 und der abgetrennten festen Materialien von der letzteren zu der ersten zirkulierenden Wirbelschicht 1 eingeschlossen sind.

Feinteilige feste (7) und/oder flüssige (8) kohlenstoffhaltige Materialien mit einem Schwefelgehalt, feinteilige CaO-haltige Materialien 9 und Wasserdampf 10 als fluidisierendes Mittel und Sauerstoff tragendes Medium werden der ersten zirkulierenden

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Wirbelschicht 1 zugeführt. Vom oberen Teil der Wirbelschicht wird ein Gemisch von festen Materialien und Gasen, das in der Trenneinrichtung 3 abgetrennt wird, ausgetragen. In der Wirbelschicht 1 wird die erwünschte Vergasungstemperatur, d.h. oberhalb 750° C, zweckmäßig 850 bis 1150° C, mit Hilfe der festen Materialien aufrechterhalten, die von der zweiten Wirbelschicht 2 durch die Rückführleitung 6 zurückgeführt und auf eine eingestellte Temperatur erhitzt werden.

In der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht 2 werden die von der ersten Wirbelschicht über Leitung 5 überführten Materialien fluidisiert oder aufgewirbelt, teilweise durch einen kleinen Wasserdampfstrom, der in den Boden durch Leitung 11 eingeführt wird, und teilweise mit Hilfe eines Gemisches von vorerhitzter Luft und Wasserdampf, das durch eine Reihe horizontaler Düsen 12 eingeführt wird, welche sich in Abständen voneinander in verschiedenen Höhen in den unteren konischen Abschnitt des Schachtes öffnen. Diese Aufteilung in Teilströme ist erforderlich, um eine zu hohe Wärmeentwicklung je Volumeneinheit in diesem Teil zu vermeiden, was eine lokale Überhitzung ausschließt und die Bildung von störenden Agglomeraten verhindert.

Der molekulare Sauerstoff des zugeführten Gases ergibt eine Teilverbrennung des Kokses und entwickelt dabei im Vergleich mit der Temperatur der ersten Wirbelschicht 1 eine Übertemperatur in den festen Materialien, die durch die Trenneinrichtung 4 und die Rückführleitung 6 zurückgeführt werden. Die Übertemperatur wird auf einen Wert eingestellt, indem man den Sauerstoffgehalt des Gasgemisches einstellt.

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Ein Teilstrom 13 fester Materialien, die die erste Wirbelschicht 1 verlassen, wird in einer klassischen Wirbelschicht 14 mit eingebauten Kühlflächen 15 auf eine Tempratur unterhalb des Curiepunktes von Eisen gekühlt, wonach er bei 16 magnetisch fraktioniert wird, wie beispielsweise gemäß der deutschen Patentanmeldung P 25 01 474.8. Dies führt zu einer magnetischen Fraktion 17, die im wesentlichen aus Aschen aus zugeführten festen kohlenstoffhaltigen Materialien besteht und deren Eisen-

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gehalt teilweise als Fe oder als Fe vorliegt. Die magnetische Fraktion 17 wird auf Halde gebracht und der Teilstrom 13 derart eingestellt, daß der Aschegehalt in beiden Wirbelschichten nicht die Vergasung oder Teilverbrennung darin stört. Die Eigenschaften der Aschen bestimmen diesen Teilstrom, und je niedriger die Erweichungstemperatur der Aschen ist, desto niedriger muß der Aschengehalt in den Zonen gehalten werden.

Die nichtmagnetische Fraktion 18, die in der magnetischen Fraktionierung 16 erhalten wurde, besteht im wesentlichen aus Koks und CaO/CaS-haltigen Materialien. Um den Gehalt der Fraktion an Schwefel, Koks und Ca zu gewinnen, wird diese Fraktion, zweckmäßig in einer zirkulierenden Wirbelschicht,in an sich bekannter Weise bei 19 in Berührung mit eingestellten Strömen von CO« und Wasserdampf, die bei 20 bzw. 21 zugeführt werden, bei 550 bis 750° C und mehr als 2 atü gebracht. Dies führt zur Entfernung des Hauptteiles des Schwefelgehaltes der Fraktion in der Form von H~S (22), welches in bekannter Weise in elementaren Schwefel 23 umgewandelt wird, wie beispielsweise in einem Claus-Verfahren 24.

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Der Schichtmaterialgehalt der entschwefelnden Schicht 19 wird durch eingestellten bzw. kontrollierten Abzug konstant gehalten. Abgezogene Materialien bestehen im wesentlichen aus Koks und CaCO₃-haltigem Material, enthalten aber auch kleine Mengen an inerten nichtmagnetischen Substanzen, wie Al₂O₃ und SiO₃. Um eine Ansammlung solcher Substanzen in dem System zu verhindern, wird ein kleiner Teil bei 25 (gewöhnlich weniger als 10 %) von diesen Materialien aus der entschwefelnden Schicht abgenommen. Der Ca-Gehalt des größeren Teils 26 wird durch abgleichende Zugabe von CaCO -haltigem Material von außen ergänzt, wie durch Kalkstein und/oder Dolomit, und zwar bei 27. Die Materialien werden dann zu einer Venturischicht 2 8 geführt, worin sie in Kontakt mit den heißen Abgasen aus der Trenneinrichtung gebracht werden. Dies führt zu einer thermischen Zersetzung des Hauptteils des CaCO_-Gehaltes in CaO, und das Material wird durch das Gas zu den Trenneinrichtungen 29, 30 gebracht, wo Koks und CaO-haltige Materialien 9 abgetrennt werden. Dies führt zur Absorption des Hauptteils von möglichem H~S in den Gasen aus der Trenneinrichtung 4 nach der zweiten Wirbelschicht in der Form von CaS, und die die Trenneinrichtungen 29, 30 nach der Venturischicht 2 8 verlassenden Gase 31 sind im wesentlichen frei von Schwefel.

Die festen Materialien aus den Trenneinrichtungen 29, 30 nach der Venturischicht 28, die Koks und Ca-haltige Materialien enthalten, wobei der größere Teil an Ca hiervon als CaO, jedoch .auch in kleinem Umfang als CaS und CaCO₃ gebunden ist, werden über 9 zu der ersten Wirbelschicht 1 geführt. In dieser Wirbelschicht, wo stark reduzierende Bedingungen herrschen, absorbiert

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der CaO-Gehalt H_S, das beim Erhitzen des Schwefelgehaltes der kohlenstoffhaltigen Materialien gebildet wurde, welche letztere bei 7 in die erste Wirbelschicht eingeführt wurden. Auf diese Weise sind die Gase 32 aus der Trenneinrichtung 3 im wesentlichen frei von Schwefel.

Der Wärmeinhalt der Gase 32 aus der ersten Wirbelschicht wird für die Entwicklung von Wasserdampf bei 33 benutzt, und dieser Wasserdampf wird teilweise über 34 als fluidisierendes Gas für die beiden Wirbelschichten verwendet und über Düsen 10, 11 an den Böden derselben eingeführt, teilweise wird der Wasserdampf über 35 nach dem Vermischen mit Luft bei 36 und nach einem Vorerhitzen in der Kühleinrichtung für die festen Materialien 13 aus der klassischen Wirbelschicht 14 ausgetragen und als molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas für die Teilverbrennung in der zweiten Wirbelschicht verwendet. Die Gase werden dann in an sich bekannter Weise durch Waschen bei 37 und Absorption bei 38 von ihrem Gehalt an Wasserdampf und CO₂ befreit. Die gereinigten Gase 39 enthalten im wesentlichen H₂ und CO, doch auch Kohlenwasserstoffe, wie CH. ^un(^ ^C2^Ha* ^Der Gehalt an Kohlenwasserstoffen hängt von dem Anteil an flüchtigen Bestandteilen, der mit den kohlenstoffhaltigen Materialien zugeführt wurde, der Verweilzeit für die flüchtigen Bestandteile in der ersten Wirbelschicht und der Vergasungstemperatur darin ab. So nimmt der Gehalt an Kohlenwasserstoffen mit steigender Verweilzeit und steigender Temperatur ab.

Die Gase 39 haben einen hohen Heizwert und können vorteilhafterweise als Brennstoff oder als Synthesegas nach gegebenenfalls weiterer Reinigung verwendet werden. Nach einer Methanisierung

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in an sich bekannter Weise können sie auch vorteilhafterweise als synthetisches Naturgas verwendet werden. Ein Teilstrom 40 der gekühlten brennbaren Gase 39 wird teilweise zur Einspeisung gegebenenfalls fester kohlenstoffhaltiger Materialien bei 7 in die erste Wirbelschicht und teilweise durch 41 als fluidisierendes Gas für die klassische Wirbelschicht 14 verwendet. Gegebenenfalls kann auch ein Teil 42 dieses Teilstromes 40 im Gemisch mit Wasserdampf als fluidisierendes Gas in der ersten Wirbelschicht verwendet werden. Die die klassische Wirbelschicht 14 verlassenden Gase werden mit den Gasen vermischt, die die Venturischicht 28 verlassen, um den Wärmeinhalt dieses Gases auszunutzen .

Die Gase 31 aus den Trenneinrichtungen 29, 30 nach der Venturischicht 2 8 sind brennbar und enthalten N₂' ^H2' ^C0' ^C02 ^unc^ ^H2°* Sie werden zweckmäßig in heißem Zustand für die Erzeugung von Elektrizität in einer thermischen Stromerζeugungsstation verwendet. Da die Gase 31 im wesentlichen frei von Schwefel sind, ist eine solche Wärmestromerzeugungsstation umweltfreundlich.

Um einen niedrigen Schwefelgehalt in den Gasen 31 aufrechtzuerhalten, wurde es nach der Erfindung als zweckmäßig gefunden, einen solch hohen CaO-Gehalt in der CaO/CaS-haltigen Komponente der festen Materialien, die die Trenneinrichtung 13 nach der ersten Wirbelschicht durch 5 verlassen, zu halten, daß ihr CaO-Gehalt größer als ihr CaS-Gehalt ist. Da der Hauptteil des Ca-Gehaltes des Systems in dem System zirkuliert, wird der CaO-Gehalt der ersten Wirbelschicht auf etwa erwünschter Höhe eingestellt, indem man zu gegebener Zeit begrenzt mehr oder weniger von dem Strom 27 von außen kommender CaCO-,-haltiger Materialien,

als für den Abgleich erforderlich wären, der Venturischicht 28 -... ,. 609841/0870

zufuhrt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger und schwefelhaltiger Materialien in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas durch Vergasung bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man das kohlenstoffhaltige Material nach Zerteilung von gegebenenfalls festen kohlenstoffhaltigen Materialien auf eine Korngröße von weniger als 3 mm, vorzugsweise von weniger als 1 mm, in einer zirkulierenden Wirbelschicht, die in einer vertikal angeordneten länglichen Reaktionszone gehalten wird, vergast, indem man dieser Zone eingestellte Ströme des kohlenstoffhaltigen Materials, von feinteiligem CaO-haltigem Material und von Wasserdampf zuführt, feste Materialien von dem Strom aus Gasen und festen Materialien, der diese Reaktionszone verläßt, abtrennt, eine eingestellte Fraktion des Stromes dieser festen Materialien einer Abtrennung von Aschen und einer Schwefelreinigung unterzieht und dann den Strom zu der Reaktionszone zurückführt, den Rest der festen Materialien zu einer zweiten Wirbelschicht, die auch in einer vertikal angeordneten länglichen Reaktionszone (2) gehalten wird, überführt, worin die festen Materialien durch Teilverbrennung mit einem eingestellten Strom von molekularem Sauerstoff enthaltenden Gasen auf eine übertemperatur erhitzt, die durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des Gases derart kontrolliert wird, daß die Materialien nach der Abtrennung von den Reaktionsgasen und nach Rückführung zu der ersten Wirbelschicht den Wärmebedarf für die Vergasung darin decken.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas der Reaktionszone der zweiten Wirbelschicht in einer Reihe kleiner Teilströme zuführt, vorzugsweise in der Form von Strahlen, die von den Wänden weg gerichtet sind, während nicht oxidierendes Gas durch den Boden der Reaktionszone eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fraktion des Stromes an festen Materialien aus der ersten zirkulierenden Wirbelschicht derart einstellt, daß der Aschegehalt der beiden Wirbelschichten keinen Wert erreicht, der die Vergasung durch die Teilverbrennung stören würde.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zufuhr von feinteiligen CaO-haltigen Materialien zu der ersten Wirbelschicht und die Fraktion des Stromes fester Materialien, die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragen werden, in der Weise einstellt_/ daß der CaO-Gehalt dieser Materialien höher als ihr CaS-Gehalt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fraktion des Stromes fester Materialien, die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragen werden, unter den Curiepunkt von Eisen kühlt und magnetisch in eine magnetische Fraktion, die im wesentlichen Aschen enthält und aus dem Verfahren entfernt wird, sowie eine nichtmagnetische Fraktion, die Koks, CaO und CaS enthält, trennt, die nichtmagnetische Fraktion in einer Wirbelschicht unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit Wasserdampf und CO₂ behandelt und CaS in CaCO₃ und H₂S überführt und die CaCO₃ enthaltenden Festmaterialien dann zu der ersten Wirbelschicht zurückführt.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise gereinigte Abgase aus der ersten Wirbelschicht, gegebenenfalls nach Gewinnung eines Teils ihres Wärmeinhaltes beispielsweise für Wasserdampfgewinnung, von dem Hauptteil ihres H₀O- und CO~-Gehaltes entfernt und das Gas beispielsweise als Synthesegas und/oder nach der Methanisierung als synthetisches Naturgas verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Energieinhalt der gereinigten abgezogenen Gase aus der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht zur Erzeugung von Elektrizität in einer thermischen Stromerzeugungsstation benutzt, gegebenenfalls nach Ausnutzung eines Teils des Wärmeinhaltes des Gases für die thermische Zersetzung von CaCO-.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei vertikale, hitzebeständig ausgekleidete Ofenschächte (1, 2) mit Trenneinrichtungen (3, 4), die mit ihnen verbunden sind, und Überführungsleitungen (5, 6) zur Überführung fester Materialien von der Trenneinrichtung (3) des ersten Schachtes zu dem zweiten Schacht (2) und umgekehrt, eine Austragsleitung (13) zur Entfernung eines Teilstromes fester Materialien aus der Trenneinrichtung (3) des ersten Schachtes zu Einrichtungen für die Reinigung dieses Teilstromes von Aschen (14, 16) und Schwefel (19, ;24) , eine Leitung (26) für die Rückführung der gereinigten Materialien zu dem ersten Schacht, gegebenenfalls Zufuhrleitungen und Düsen zur Zufuhr kohlenstoffhaltiger Materialien (7, 8),von Wasserdampf (34, 10, 11), von molekularem sauerstoffhaltigem Gas (36, 11, 12) und von CaO-haltigen Materialien (9) zu den Schächten und Austragsleitungen

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für erhaltene verbrennbare stickstofffreie Gase (32, 39) und für verbrennbare stickstoffhaltige Gase (31).

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