DE3112708A1

DE3112708A1 - "verfahren zur erzeugung von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)- und co-haltigen gasen"

Info

Publication number: DE3112708A1
Application number: DE19813112708
Authority: DE
Inventors: Karl Heinrich van Dr. 4300 Essen Heek; Harald Prof. Dipl.-Chem. 4300 Essen Jüntgen; Helmut Dipl.-Ing. 4690 Herne Kubiak
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-10-07
Also published as: IN157882B; FR2503177A1; FR2503177B1; DE3112708C2; IT8248118A0; JPS57209994A; JPH0440396B2; IT1147835B

Description

Verfahren zur Erzeugung von H- und CO-haltigen Gasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eines der Hauptprobleme der Kohlevergasung besteht in der Bereitstellung von ausreichenden Mengen an thermischer Energie auf einem Temperaturniveau von etwa 700 - 1100 C. Verschiedene Lösungsmöglichkeiten sind in der DE-OS 29 03 985 beschrieben worden. Dort handelt es sich um Verfahren, bei denen das Angebot an Vergasungswärme zeitlich im wesentlichen konstant ist bzw. ohne weiteres konstant gehalten werden kann.

Es ist auch bekannt (D. W. Grigg et al., Solar Energy, Vol. 24, Seiten 313 bis 321), Kohle mit Hilfe von Sonnenenergie zu vergasen. In diesem Fall ist eine aufwendige Technik vonnöten und es muß das Problem gelöst werden, die natür-

lieh bedingten Leistungsschwankungen an Sonnenenergie durch alternative Energiequellen auszugleichen.

Die Einkopplung von Energiequellen mit starken Leistungs-Schwankungen in einen konventionellen Vergasungsprozeß scheitert bisher an der Tatsache, daß die für die einzelnen Teilprozesse notwendigen Reaktoren nicht mit der notwendigen Flexibilität miteinander gekoppelt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art verschiedene Energiequellen alternativ bei der Vergasung von Kohle einsetzbar zu machen und dabei die bei solchen Energiequellen auftretenden Leistungsschwankungen auch kurzfristig auszugleichen; darüber hinaus soll ein insgesamt sehr flexibel zu steuernder Vergasungsprozeß vorgeschlagen werden, der es auch ermöglicht, Bedarfsspitzen an bei diesem Prozeß gebildeter Gasmenge oder freiwerdender thermischer Energie zu decken.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dabei eignet sich als im Kreislauf geführtes Wärmeträgerfluid vor allem Helium.

Als zusätzliche Energiequelle kommen Hochtemperatur-Kernreaktoren, Sonnenkollektoren ("Heliostats"), Erdwärmespeicher oder auch Fusions-Reaktoren, welche die Abwärme von Hochtemperaturverfahren nutzen, sowie andere Energiequellen in Frage, vor allem solche, welche LeistungsSchwankungen

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aufweisen, wie sie bei der Windenergie oder bei Gezeitenströmungen auftreten. - Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in seiner hohen Anpassungsfähigkeit an das Energieangebot der zusätzlichen Energiequelle. Auf diese Weise können auch bisher weniger gut nutzbare Energiequellen eingesetzt werden bzw. die Energiearten je nach Angebot auf dem Energiemarkt ausgetauscht werden. - Es mußte überraschen, daß eine derart flexible Anpassung des Vergasungsprozesses an die jeweils zur Verfügung stehende thermische Energie für die Vergasung und an den Bedarf an Produktgas durch die erfindungsgemäße Kombination an Maßnahmen möglich war.

Die der Vergasungszone und der Verbrennungszone jeweils zugeführten Mengen an kohlenstoffhaltigen Partikeln und an Reaktionsgas bestimmen sich nach dem Bedarf an Produktgas und dem Wärmeangebot der zusätzlichen Energiequelle. In der Regel wird das Bestreben zur Betreibung der Vergasungszone darauf hinauslaufen, eine zeitlich möglichst konstante Gasproduktion auch bei schwankendem Angebot an zusätzlicher Energie zu erzielen und dabei gleichzeitig die eingesetzte Kohle im Gesamtprozeß möglichst vollständig umzusetzen. Entsprechend müssen Menge und Verweilzeit der Kohlepartikel in der Vergasungszone nach an sich bekannten Kriterien gesteuert werden, wobei die in die Verbrennungszone gelangenden, teilvergasten kohlenstoffhaltigen Partikel in so großer Menge angeboten werden, daß der über die zusätzliche Energiequelle hinausgehende Wärmebedarf für die Vergasungsreaktion sichergestellt ist.

Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Zuführung an kohlenstoffhaltigen Partikeln und Reaktionsgas in die Vergasungs- und die Verbrennungszone ergeben sich aus den Ansprüchen 2, 3 und 4. , ·

Bei nachlassendem Wärmeangebot der zusätzlichen Energiequelle wird die nunmehr ersatzweise aufzubringende thermische Energie für die Vergasung dadurch bereitgestellt, daß erfindungsgemäß der in die Verbrennungszone überführte Mengenstrom an kohlenstoffhaltigen Partikeln sowie die Menge an Verbrennungsgas erhöht werden. Die Wärmeproduktion in der Verbrennungszone ist proportional zur in sie eingespeisten Kohlenstoffmenge und, da die Reaktionsgeschwindigkeit sehr groß ist und die Luftzufuhr proportional mitverändert wird, ergeben sich praktisch keine Verzögerungen bzw- Totzeiten in der Bereitstellung an Vergasungsenergie. Auf diese Weise können z. B. auch unerwartet und schnell eintretende Wolkenbildungen und die damit einhergehenden Verminderung an Energieangebot von HeIiostats ausgeglichen werden, ohne daß hierfür spezielle Energiereservoire vonnöten sind.

Eine bevorzugte Fahrweise besteht darin,

unabhängig von der jeweiligen Leistung der zusätzlichen Energiequelle eine konstante Produktgasmenge zu erzeugen. Dann muß erfindungsgemäß immer die gleiche Kohlenmenge vergast werden und, entsprechend der Leistung der zusätzlichen Energiequelle, eine bestimmte Restkoksmenge in die Verbrennungszone überführt und dort verbrannt werden; dies hat also eine gleichzeitige Variation des Stromes an koh-

lenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone und die Verbrennungszone zur Folge.

Überraschenderweise ist es aber auch möglich, die Verbrennungzone bei sehr konstanten Betriebsbedingungen zu betreiben (Mengenstrom an in sie überführten, kohlenstoffhaltigen Partikeln und Menge an Verbrennungsgas) und dadurch Leistungsschwankungen der zusätzlichen Energiequelle aufzufangen, d. h. ständig das gesamte Energieangebot voll zu nutzen .und die Vergasung mit der richtigen Menge an Vergasungsenergie auf dem notwendigen Temperaturniveau sicherzustellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Zustrom an kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone sowie die Menge an Vergasungsgas variiert wird. Auf diese Weise wird durch Veränderung der Verweilzeit der kohlenstoffhaltigen Partikel die erzeugte Produktgasmenge variiert und dadurch dem Energieangebot der zusätzlichen Energiequelle angepaßt. Gleichwohl bleibt dabei die Verbrennung in der Verbrennungszone weiterhin genauso vollständig wie vorher, so daß der Wirkungsgrad der Gesamtanlage trotz veränderten Energieangebotes konstant bleibt.

Die Vielseitigkeit des Verfahrens wird dadurch vorteilhaft erhöht, daß erfindungsgemäß der Verbrennungszone feinteilige Ballastkohle beliebiger Herkunft zugeführt wird. Auf diese Weise können in Zeiträumen eines geringen oder auch fehlenden Angebotes an Energie durch die zusätzliche Energiequelle minderwertige, kohlenstoffhaltige Produkte einer möglichst vollständigen Nutzung ihres Kohlenstoffanteiles unterzogen werden, was die Nutzbarkeit der uxistierenden Kohlevorräte

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günstig beeinflußt. Dabei wird der Zustrom an teilvergasten, kohlenstoffhaltigen Partikeln (Restkoks) aus der Vergasungszone in die Verbrennungszone bzw. der· Zustrom an z. B. zusätzlicher Ballastkohle in die Verbrennungszone durch den Energiebedarf der Vergasungszone sowie durch das Angebot an durch die zusätzliche Energiequelle zur Verfügung gestellter thermischer Energie bestimmt.

Besonders vorteilhafte Möglichkeiten, die zusätzliche Energiequelle auf die bestmögliche Art zu nutzen, sind in den Ansprüchen 5 und 6 gekennzeichnet.

Eine erfindungsgemäße "Reihenschaltung" des Wärmeträgerstromes ermöglicht den Einsatz von zusätzlichen Energiequellen, bei denen die Austrittstemperaturen für den Einsatz in einem Vergasungsprozeß unzureichend sind. Z. B. hat sich gezeigt, daß es einfacher wäre, wenn bei einem Hochtemperatur-Kernreaktor zur Energielieferung für die Kohlevergasung das von ihm erhitzte Wärmeträgerfluid eine etwas geringere Austrittstemperatur haben könnte, als sie für den direkten Einsatz in einer Kohlevergasung erforderlich ist. I-n einem solchen Fall kann eine Spitzenüberhitzung des Wärmeträgerfluids durch eine dem Wärmebedarf entsprechend gesteuerte Verbrennung der teilvergasten kohlenstoffhaltigen Partikel erfolgen. Besonders interessant wird dieses Verfahren, wenn das Wärmeangebot der zusätzlichen Energiequelle nicht nur temperaturmäßig zu gering ist, sondern auch noch mengenmäßig, in Abhängigkeit von der Zeit, schwankt.

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Die erf indungt>gemäße "Parallelschaltung" der Verbrennungszone und der zusätzlichen Energiequelle wird man immer dann wählen, wenn die Temperatur der von der zusätzlichen Energiequelle zur Verfügung gestellten Wärme hinreichend hoch ist und lediglich Leistungsschwankungen auszugleichen sind. In diesem Fall kann bei ausreichendem Wärmeangebot der zusätzlichen Energiequelle die Wärmeproduktion der Verbrennungszone praktisch auf Null reduziert werden, indem z. B. die die Vergasungszone verlassenden, kohlenstoffhaltigen, ο teilvergasten Partikel ausgeschleust und zur einem späteren Einsatz in der Verbrennungszone zwischengespeichert werden. - Eine Parallelschaltung ist aber auch bei einem ständig oder nur zeitweise auftretenden Energie-Minderangebot der zusätzlichen Energiequelle möglich; dann wird die Resterhitzung des Wärmeträgerfluids dadurch erreicht, daß das in der Verbrennungszone erhitze Wärmeträgerfluid eine entsprechend höhere Temperatur aufweist, d. h. daß die entsprechend gesteuerte Verbrennung und Zumischung zu dem Wärmeträgerfluid der zusätzlichen Energiequellen temperatur- und energiemengenmäßig dem Restbedarf der letzteren angepaßt wird.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer zusätzlichen Energiequelle mit artspezifischen LeistungsSchwankungen die weiter oben erläutert wurden - kann die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Flexibilität der Anpassung an den Bedarf an Vergasungsenergie bei bestmöglicher Nutzung des verwertbaren Kohlenstoffes in den kohlenstoffhaltigen Partikeln ausgeschöpft werden. - Die wohl größten Vorteile werden bei einer Kombination mit einer Solarenergiequelle

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erzielt, da einerseits mit solchen Energiequellen Energie auf einem hinreichend hohen Temperaturniveau bereitgestellt werden kann, andererseits aber die Leistungsschwankungen besonders hoch sind, was normalerweise zu einem ganz erheblichen Aufwand an technischen Maßnahmen führt, um in Form von Wärmespeiehern oder dergleichen die LeistungsSchwankungen einer solchen Energiequelle in einem gewissen Grade auszugleichen -

Außer einer Anpassung an die zur Verfügung stehende thermische Energie für den Vergasungsprozeß kann das Verfahren gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft so gehandhabt werden, daß die Mengenströme an der Vergasungszone und der Verbrennungszone zugeführten kohlenstoffhaltigen Partikein und Reaktionsgasen dem jeweiligen Bedarf an Produktgas und der thermischen Leistung der zusätzlichen Energiequelle angepaßt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, unter Vermeidung von Schwankungen jederzeit eine konstante oder gewünschte Nutzgasmenge zu erzeugen bzw. Bedarfsspitzen an

20 Nutzgas jederzeit zu decken.

Eine bevorzugte Fahrweise des erfindungsgemäßen Prozesses besteht darin, bei konstanter Leistung der zusätzlichen Energiequelle die Menge an Vergasungsgas zu variieren. Soweit eine Steigerung der Produktgasmenge erfolgen soll, müssen mehr kohlenstoffhaltige Partikel vergast werden und deshalb gleichzeitig mehr Energie in der Vergasungszone zur Verfügung gestellt werden; das bedeutet, daß sowohl die eingespeiste Menge an kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone als auch die überführte Menge an teilvergasten

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kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone erhöht werden muß. Ist demgegenüber eine Absenkung der Produktgasmenge beabsichtigt, so müssen weniger kohlenstoffhaltige Partikel vergast werden. Hierbei bietet sich alternativ an: Entweder wird die Leistung der zusätzlichen Energiequelle abgesenkt und dabei gleichzeitig der Zustrom an kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone verringert, während die Menge an in die Verbrennungszone überführten kohlenstoffhaltigen Partikeln konstant bleibt. Dieses Vorgehen hat auch eine Verringerung an sekundär erzeugtem Strom zur Folge. Oder die Leistung.der zusätzlichen Energiequelle wird konstant gelassen und der Zustrom an kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone wird verringert. Entsprechend dem sich einstellenden Vergasungsgrad muß eine definierte 5 Menge an teilvergasten, Kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Verbrennungszone überführt werden. Als Folge eraibt sich hierbei eine .höhere Stromproduktion.

■fr-

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeipiele anhand der beiliegenden Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbe ζ i ehung.

Es zeigen: 30 Fig. 1 ein Prinzipschema in "Parallelschaltung",

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Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit "Reihenschaltung"

In den Figuren besteht ein Gasgenerator 1 aus einem an sich bekannten, liegenden, vorzugsweise zylindrischen Behälter, in dessen unterer Hälfte in einer als Anströmboden ausgebildeten Wanne 2 zwei Wirbelschichten betrieben werden. In die Wirbelschichten sind von einem wärmeübertragenden Fluid durchflossene und in einem geschlossenen Wärmeträgerkreislauf arbeitende Wärmetauscher 3a und 3b eingetaucht. Eine vom Wärmetauscher 3b fortführende Leitung 4 transportiert abgekühltes Wärmeträgerfluid zu einem Gebläse 5 und weiter über eine später zu beschreibende zusätzliche Energiequelle 21, zurück zum weitere Wärme aufnehmenden Wärmetauscher 3a

·] 5 und von dort zum Wärme abgebenden Wärmetauscher 3b (gemäß der Alternative der Fig. 2) bzw. über zwei parallel geschaltete Rohrleitungen 4a und 4b direkt zum Wärmetauscher 3a und weiter zum Wärmetauscher 3b bzw. über die zusätzliche Energiequelle 21 direkt zum Wärmetauscher 3b (gemäß

20 der Alternative der Fig. 1).

Der Gasgenerator 1 besitzt in dem Bereich der einen Wirbelschicht, in die der Wärmetauscher 3b eingesenkt ist, einen Einlaß 6 für teilzuvergasende, feinkörnige Kohle oder Koks, welche in den für Wirbelschichtverfahren allgemein bekannten Körnungsbereichen vorliegen können. Durch einen weiteren, im Bereich der anderen Wirbelschicht, in welche Wärmetauscher 3a eingesenkt ist, ggf. vorhandenen Einlaß 7 kann im Bedarfsfalle Kohle - z. B. billige Ballastkohle - zur Unterstützung der in dieser Wirbelschicht betriebenen Verbrennung eingespeist werden.

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Die durch Einlaß 6 aufgegebene, teilzuvergasende Kohle verläßt über Auslaß 8 die als Wirbelschicht ausgebildete Vergasungszone 9. Auslaß 8 befindet sich-vorzugsweise an dem dem Einlaß 6 gegenüberliegenden Ende der Vergasungszone 9 innerhalb des Gasgenerators 1, vorzugsweise in dessen Bodenbereich. Da sich Wirbelschichten ähnlich wie Flüssigkeiten verhalten, kommt es durch Befüllung der Vergasungszone mit zu vergasender Kohle durch Einlaß 6 und Abzug von teilvergaster Kohle durch Auslaß 8 in Längsrichtung der Vergasungszone automatisch zu einem Transport der kohlenstoffhaltigen Partikel. Die zweite Wirbelschicht im Gasgenerator 1 , die Verbrennungszone 10, wird in erster Linie mit der durch den Auslaß 8 die Vergasungszone verlassenden Restkoksmenge 11 an ihrem einen Ende beaufschlagt, während

15 an ihrem gegenüberliegenden Ende in Längsrichtung ein

Ascheabzug 8a vorgesehen ist, durch welchen die nicht mit dem später noch zu erläuternden Rauchgasstrom vorzugsweise ausgetragene Asche abgezogen wird. In dieser zweiten Wirbelschicht (Verbrennungszone 10) wird kein Feststofftransport von der einen zur anderen Seite angestrebt; es gibt folglich keinen Konzentrationsgradienten in Längsrichtung.

Die Vergasungszone 9 wird über einen Gaseinlaß 12, vorzugsweise unterhalb des Anströmbodens 2, mit Vergasungsmitteln (Reaktionsgas), wie z. B. Wasserdampf, versorgt. Das Vergasungsmittel wird vor Einleitung in die Vergasungszone durch einen Wärmetauscher 13, z. B. einen Dampfüberhitzer, geleitet, der auf seiner anderen Seite von dem die Vergasungszone verlassenden, durch Leitung 4 strömenden Wärmeträgerfluid durchströmt wird. Es kann sich empfehlen, dem Wärme-

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tauscher 13 einen weiteren Wärmetauscher 14, z. B. einen Dampferzeuger, vorzuschalten, welcher wärmetechnisch in der Leitung 4 dem Wärmetauscher 13 naqhgeschaltet ist.

Es ist möglich, im Wärmetauscher 14 z. B. soviel Dampf zu erzeugen, daß damit zunächst eine nachgeschaltete Dampfturbine 15 betrieben werden kann. Auf diese Weise kann das in Leitung 4 strömende Wärmeträgerfluid auf eine möglichst gleichmäßige Zulauftemperatur zu der zusätzlichen Energiequelle 21 und ggf. der Verbrennungszone 10 abgekühlt werden. Mit einer konstanten niedrigen Wärmeträgerzulauftemperatur ist es möglich, die zusätzliche Energiequelle geregelt betreiben zu können. Außerdem kann dadurch das Gebläse 5 als konventionelles Umwälzgebläse ausgebildet sein. - Da der Vergasungsprozeß aber nur einen festliegenden und allgemein bekannten Bedarf an Vergasungsmittel, insbesondere Wasserdampf ,hat, ist es mit Hilfe der Dampfturbine 15 möglich, zusätzlich erzeugten Wasserdampf zu nutzen und damit den Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens günstig zu beeinflussen. Z. β. kann die Dampfturbine 15 über ihre Welle direkt mit einem Generator 15a zur Erzeugung von elektrischem Strom verbunden sein. Der dargestellte Kühler 15b und Kompressor 15c kompletieren den Speisewasserkreislauf der Dampferzeugung.
25

Die in der Vergasungszone 9 gebildeten Rohgase verlassen diese über Auslaß 9a und können durch einen Wärmetauscher 16, z. B. einen Dampferzeuger, der parallel zum Wärmetauscher 14 arbeitet, gekühlt werden. Die so abgekühlten Verqasungsrohgase können in an sich bekannter Weise in einer

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■-' ' ■* -^:- 3112703

Umwandlungssvufe 17 zu dem gewünschten Nutzgas 17a umgewandelt werden. Bei der Umwandlunsstufe 17 kann es sich um eine Konvertierung zur Herstellung von Synthesegas mit einem gewünschten Verhältnis von CO zu H„ oder eine Methanisierung zur Herstellung von Methan handeln.

Die in der Verbrennungszone 10 entstehenden Rauchgase werden über Auslaß 10a einer an sich bekannten Entstaubungsstufe zugeführt und von dort z. B. einer Gasturbine 19, welche einen auf ihrer Welle sitzenden Luftkompressor 20 antreibt, durch welchen Luft (Reaktionsgas) über Einlaß 20a, vorzugsweise im Bodenbereich, der Verbrennungszone 10 zugeführt wird.

Die in den Vergasungsprozeß eingekoppelte Wärmeenergie der zusätzlichen Energiequelle 21 wird von ein und demselben Wärmeträgerfluid transportiert, das auch in der Verbrennungszone 10 aufgeheizt wird. Die zusätzliche Energiequelle 21 braucht also lediglich einen Wärmetau-

scher, der z. B. von Helium durchströmt werden kann, aufzuweisen und es bedarf keiner, bekanntlich mit Verlusten verbundenen Zwischenspeicherung der in 21 freiwerdenden Wärmeenergie, wie dies z. B. bei Heliostats zur gleichmäßigen Energieverteilung über einen längeren Zeitraum notwendig

25 ist.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 lediglich dadurch, daß nunmehr das gesamte Wärmeträgerfluid hintereinander die zusätzlich Energiequelle 21 und den Wärmetauscher 3a durchströmt.

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Die Menge an dem Gasgenerator zugeführter, kohlenstoffhaltiger Partikel kann auf verschiedenste Weise, z. B. durch Wägung der Kohlevorlage, bei Zellraddosierung durch Festlegung der Drehzahl der Zellradschleuse oder, bei pneumatischer Eindosierung, mittels Wägung der Kohlevorlage und über den Druckverlust der pneumatischen Förderleitung oder durch pulsiertes Fördern mit konstanter Fordergeschwindigkeit erfolgen. - Die den Wirbelschichten entweichenden Gase (Produktgas und Rauchgas) werden z. B. mittels Blenden oder Gasuhren kontrolliert- Sofern diese Mengen konstant bleiben sollen, kann dies durch eine entsprechende Regulierung der Einspeisung an kohlenstoffhaltigen Partikeln in den Gasgenerator erreicht werden.

Ausführungsbeispiele

In einem an sich bekannten,liegenden Gasgenerator entsprechend Fig. 1 wird eine Kohle mit bis zu 40 Gew.-% Flüchtigen Bestandteilen und bis zu 30 Gew.-% Asche mit max. 10 Gew.-% Feuchtigkeit und einer mittleren Körnung von ca. 0,2 bis 0,5 mm eingesetzt. Der Gasgenerator besteht aus einer Wirbelrinne mit einer Länge von 48,5 m, wobei die Vergasungszone 27,7 m und die Verbrennungszone 20,8 m einnimmt. Hierdurch wird ein realtiv gleichmäßiges Verweilzeitspektrum der kohlenstoffhaltigen Partikel erreicht, d. h. es handelt sich zwar noch nicht um eine reine, sogenannte Pfropfenströmung, doch hält sich die Partikelrückvermischung (backmixing) in vertretbaren Grenzen.

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Das Wirbelbett innerhalb des Gasgenerators hat eine Breite von 5,4 m und eine Höhe von 2,8 m. Die Wärmetauscherfläche

im Vergasungsteil beträgt 3420 m , im Verbrennungsteil

2
3700 m . Der Gasgenerator ist durch eine Querwand (Wehr) in zwei Bereiche unterteilt, der Vergasungszone und der Verbrennungszone. Der mit Helium betriebene geschlossene Wärmeträgerkreislauf ist wie in den Figuren 1 bzw. 2 geschaltet. Als zusätzliche Energiequelle wird ein Sonnenkraftwerk unterstellt, wie es von D. W. Gregg in Solar Energy, Vol. 24, Seiten 313 bis 321, vorgestellt wird. Dabei wird als Extremsituation berücksichtigt, daß das Sonnenkraftwerk mit 100 % Leistung fährt und fast die ganze thermische Energie für die Vergasung liefert, so daß nur noch ein unbedeutender Teil verbrannt wird (Beispiel 1), als auch eine Situation, in der die Leistung des Sonnenkraftwerkes 0 ist, so daß in der Verbrennungszone die gesamte thermische Energie für die Vergasung bereitgestellt werden muß (Beispiel 3).

20 Die in der Tabelle wiedergegebenen Ergebnisse, die mit

ein und demselben Gasgenerator erzielt werden, sind selbstredend und zeigen, wie außerordentlich flexibel ein Gasgenerator mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen an sich ändernde Angebote an thermischer Energie durch die zusätzliche

25 Energiequelle angepaßt werden kann.

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Tabelle

Auslegungsvariante

Beispiele:

Parallelschaltung Serienschaltung von Sonnenkraftwerk und Wirbelschichtfeuerung

Leistung des Sonnenkraftwerkes

Vergaserteil·

Heliummassenstrom
Heliumeintrittstemperatur
Wärmetauscherfläche
Kohleeingabemenge
Restkoksabzugsmenge
eingesetzter Wasserdampf
Wasserdampfzersetzungsgrad
Produktgasmenge
Vergasungsgrad

Verbrennungsteil

Heliummassenstrom
Restkokseingabemenge
Ascheabzugsmenge
Verbrennungsluftmenge
Wärmetauscher fl·äche

Kohlenstoffbilanz

C - eingesetzt
C - vergast
C - verbrannt
C - Verlust

MW

kg/s kg/s kg/s

3 ^% Nm /s

kg/s kg/s kg/s

Nm /s

kg/s kg/s kg/s kg/s 210
100

146
900
3420
,6

,08
57,1
40,3
38,0
95

6,935
,08
0,605
13,8

3700

(205)⁺⁺

10,00
9,50
0,475
0,025

63 30

146 900 3420 19,3

7,74 57,1 41,3 39,7 59,8

104,28 7,74 ,295 184 3700 (2740)

16,57 9,92 6,32 0,33

0 0

146

900 3420 21,9 10,08 57,1 40,9 39,3 52,2

146 10,08

1 ,547 248,5 3700 (3700)

18,81 9,82 8,54 0,45

138 66

146 900 3420 15,4

4,05 57,1 41 ,5 39,8 75,2

146 4,05 0,932 91 ,0 3700 (1360)

13,24 9,96 3,12 0,16

+ wirksame Wärmetauscherflache

++ Produktgaszuammensetzung (trocken) in Vol.

H^: 52,9% CH₄: 9,2%

CO:

13,0% 0,1%

Ν⁰?= ²⁴O'^!

O I

■u-

Leerseite

Claims

BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FCRSCHUNG Zusatz zu P 29 03 985.8 4300 Essen 13 (Kray) f20 . 01 .1 981 Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1 A 8/Schu-Be Verfahren zur Erzeugung von EL·- und CO-haltigen Gasen Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von EL·- und CO-haltigen Gasen (Produktgas) durch Teilvergasung von feinkörnigen, kohlenstoffhaltigen Partikeln wie Kohle oder Koks, die in einer als Wirbelschicht betriebenen Vergasungszone mit z. B. Dampf als Vergasungsmittel und unter indirekter Erhitzung mit Hilfe mindestens eines in die Wirbelschicht eingetauchten, von einem im Kreislauf geführten Fluid als Wärmeträger durchflossenen Wärmetauschers teilweise vergast werden, wobei

a. der dabei entstehende Rückstand an Partikeln aus der Vergasungszone in eine ihr nachgeschaltete Verbrennungszone überführt und darin in einer z. B. mit Luft betriebenen Wirbelschicht verbrannt sowie das

ς dabei entstehende Rauchgas abgeführt wird,

I b. der in der Vergasungszone abgekühlte Wärmeträger einem

j Wärmetauscher in der Verbrennungszone zugeführt wird,

^: c. der durch die freiwerdende Verbrennungswärme erhitzte

'. 5 Wärmeträger dem Wärmetauscher der Vergasungszone

wieder zugeführt wird (gemäß Patent..., Patentanmel-

\ dung P 29 03 95.8), dadurch gekennzeichnet, daß

I d. der in der Vergasungszone abekühlte Wärmeträger zum

'■ Teil in einem weiteren Wärmetauscher durch eine zu-

: 10 sätzliche Energiequelle erhitzt wird und

e. der Vergasungszone und der Verbrennungszone jeweils

, vorbestimmte Mengen an kohlenstoffhaltigen Partikeln

t und Reaktionsgas zugeführt werden.

15

■

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

I 'der in die Verbrennungszene überführte Mengenstrom an

; kohlenstoffhaltigen Partikeln sowie die Menge an Ver

brennungsgas variiert werden.

20

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei im wesentlichen konstantem Mengenstrom an in die 25 Verbrennungszone überführten Partikeln der Zustrom an kohlenstoffhaltigen Partikeln in die Vergasungszone sowie die Menge an Vergasungsgas variiert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungszone feinteilige Ballastkohle beliebiger Herkunft zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Vergasungszone abgekühlte Wärmeträger nacheinander die Wärmetauscher der zusätzlichen Energiequelle und der Verbrennungszone durchströmt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Verbrennungszone abgekühlte Wärmeträger in variierbaren Mengenanteilen parallel die Wärmetauscher der zusätzlichen Energiequelle und der Verbrennungszone durchströmt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Energiequelle artspezifische LeistungsSchwankungen aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Solarenergiequelle.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenströme an der Vergasungszone und der Verbrennungszone zugeführten, kohlenstoffhaltigen Partikeln und Reaktionsgasen dem jeweiligen Bedarf an Produktgas und der thermischen Leistung der zusätzlichen Energiequelle angepaßt wird.

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