DE3426912A1

DE3426912A1 - Verfahren zum betreiben eines reaktors zum vergasen fester brennstoffe

Info

Publication number: DE3426912A1
Application number: DE19843426912
Authority: DE
Inventors: Claus 6000 Frankfurt Greil; Carl Dr. 6000 Frankfurt Hafke; Helmut Dr. 6078 Neu-Isenburg Vierrath
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: British Gas PLC
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-01-30
Also published as: DE3426912C2

Description

Verfahren zum Betreiben eines Reaktors zum Vergasen
fester Brennstoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors zum Vergasen von festem, körnigem Brennstoff unter einem Druck von 1 bis 50 bar, wobei man dem Brennstoff, der im Reaktor ein Festbett bildet, das sich langsam nach unten bewegt, als Vergasungsmittel Sauerstoff und Kohlenidoxid zuführt, die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile des Brennstoffs unter dem Festbett als flüssige Schlacke durch eine Schlackenabflußöffnung abfließen läßt, den Schlackenabfluß durch einen mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Brenner reguliert, dessen Verbrennungsgase in die Abflußöffnung gerichtet sind, und das Produktgas über dem Festbett abzieht, entstaubt und kühlt.
Verfahren dieser Art und die dafür geeigneten Reaktoren sind bekannt und z.B. in den britischen -Patentschriften 1 098 552 und 1 512 677 sowie in der deutschen Offenlegungsschrift 27 38 932 und in dem dazu korrespondierenden US-Patent 4 180 387 beschrieben.. Die bekannten Verfahren erzeugen ein Produktgas, das reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist und beispielswe-ise zu Synthesegas weiterverarbeitet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Produktgas zu erzeugen, das reich an Kohlenmonoxid und möglichst arm an Wasserstoff ist. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß man als festen Brennstoff Koks einsetzt, die Vergasungsmittel weitgehend frei von Wasserdampf hält, dem Brenner Sauerstoff und entstaubtes, gekühltes Produktgas als Brennstoff zuführt und ein Produktgas abzieht, das nach Kühlung auf Temperaturen von 120 bis 200 OC zu mindestens 85 Vol.%, trocken gerechnet, aus Kohlenmonoxid besteht.
Da man beim Verfahren der Erfindung Koks als Brennstoff verwendet, führt man der Vergasung nur yeringe enen an Wasserstoff zu, die durch die Vergasung mit Sauerstoff zum größten Teil in Wasser umgewandelt werden. Der Wasserstoffgehalt des eingesetzten Kokses liegt zumeist bei höchstens 5 Gew.% und vorzugsweise bei höchstens 1 Gew.%.
Der zu vergasende Koks kann verschiedener Herkunft sein, nur als Beispiele seien hier genannt der aus Kohle erzeugte Hochtemperatur-Koks oder auch Petrolkoks. Der zu vergasende Koks weist zweckmäßigerweise Korngrößen im Bereich von 3-60 mm auf.
Dadurch daß man dem Brenner für die Regulierung des Schlackenabflusses Produktgas als Brennstoff zuführt, enthalten die Verbrennungsgase nur ganz geringe Mengen an Wasserstoff und Wasserdampf. Diese Verbrennungsgase treten durch die Schlackenabflußöffnung in den Reaktor ein und nehmen an der Vergasung teil. Die Verbrennungsgase des Brenners haben Temperaturen im Bereich von 1400 bis 2000 OC, sie dienen nicht nur dazu, den Abfluß der Schlacke durch die Abflußöffnung infolge des Gasdrucks zu regulieren, sondern sie müssen auch ein Erstarren der Schlacke im Bereich der Abflußöffnung vermeiden. Um die Temperatur der Verbrennungsgase einstellen zu können, empfiehlt es sich, dem dem Brenner zugeführten gasförmigen Brennstoff Kohlendioxid dosiert zuzumischen, Mit Hilfe der erläuterten Maßnahmen ist es möglich, ein Produktgas zu erzeugen, das nach Entstaubung in einem Zyklon und Kühlung in einem Abhitzekessel zu mindestens 85 Vol.%, trocken gerechnet, aus Kohlenmonoxid besteht.
Eine Ausgestaltungsmöglichkeit des Verfahrens wird mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den Vergasungsreaktor mit den zugehörigen Aggregaten.
Im Vergasungsreaktor 1 wird kniger Koks im Festbett 2 vergast.
Der Koks kommt aus einer Schleuse 3 und fließt bei periodisch geöffnetem Ventil 4 in den Reaktor 1. Die Schleuse 3 wird durch das geöffnete Ventil 5 mit Koks gefüllt. Zum Spülen der Schleuse 3 kann Kohlendioxid aus der Leitung 6 in die Schleuse 3 gedrückt werden.
Als Vergasungsmittel führt man dem Festbett 2 ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff durch mehrere Vergasungsmitteldüsen 7, 8 zu. Das Volumenverhältnis CO2 : O2 im Vergasungsinittelgemisch liegt üblicherweise im Bereich von 0,6 bis 2 und vorzugsweise im Bereich von 0,7 bis 1,3. Die durch den Sauerstoff bewirkte partielle Verbrennung des Kokses liefert die Energie für die endothermen Vergasungsreaktionen. Das CO-reiche Produktgas verläßt den Reaktor durch die Produktableitung 10, es wird in einem Zyklon 11 entstaubt und in einem Abhitzekessel 14 auf Temperaturen im Bereich von 120 bis 200 OC indirekt gekühlt. Die im Zyklon 11 abgeschiedenen Feststoffe werden in den Reaktor 1 zurückgeführt, wobei man sie zweckmäßigerweise durch die Leitung 12 einer oder mehreren Vergasungsmitteldüsen 8 zuführt. In der Leitung 15 wird im Abhitzekessel 14 gebildetes Kondensat abgezogen.
Das Produktgas verläßt den Abhitzekessel in der Leitung 16. Einen Teilstrom~ des Produktgases der Leitung 16 führt man in der Leitung 17 durch das Gebläse 17a zu einem Brenner 18, dessen Verbrennungsgase auf die am unteren Ende des Reaktors 1 befindliche Schlackenabflußöffnung 19 gerichtet sind. Durch die Öffnung 19 fließt die flüssige Schlacke, die sich im Schlackesumpf 20 sammelt, kontinuierlich oder periodisch ab, wobei der Schlackenabfluß durch den mit Hilfe des Brenners 18 erzeugten Gasdruck der Verbrennungsgase reguliert wird. Abweichend von der schematischen Darstellung der Zeichnung kann sich der Brenner 18 auch innerhalb der Schlackenkammer 23 befinden, und die Verbrennungsgase können aus die Abflußöffnung 19 ringförmig umgebenden Brennerdüsen austreten. Einzelheiten der Schlackenabflußöffnung 19 und eines geeigneten Brenners 18 sind der GB-PS 1 512 677 zu entnehmen.
Dem Brenner 18 wird durch die Leitung 21 Sauerstoff zugeführt. Um die Temperatur der Verbrennungsgase im gewünschten Bereich, der bei Temperaturen von etwa 1400 bis 2000 OC liegt, zu halten, gibt man dem Produktgas der Leitung 17 durch die Leitung 22 in dosierter Menge Kohlendioxid zu. Das Kohlendioxid dient als Moderator, der die Temperatur der Verbrennungsgase des Brenners 18 absenkt.
Die durch die Abflußöffnung 19 nach unten abfließende Schlacke gelangt in die Schlackenkammer 23, in der sich ein Wasserbad 24 befindet. Uber das periodisch geöffnete Ventil 25 der Kammer 23 gelangt das Gemisch aus Schlacke und Wasser in einen Behälter 30 und wird von diesem über das geöffnete Ventil 31 periodisch ausgeschleust.
Da über die Vergasungsmitteldüsen 7 und 8 praktisch kein Wasserstoff und kein Wasserdampf in die Vergasung gelangen und da auch das durch den Brenner 18 erzeugte Verbrennungsgas, das durch die Öffnung 19 und den Schlackensumpf 20 in das Festbett 2 strömt, keinen nennenswerten H2- und H2O-Gehalt aufweist, hängt der Stickstoff- und Wasserstoffgehalt im Produktgas der Leitung 10 nur noch von der Zusammensetzung des vergasten Kokses ab. Bei geeigneter Wahl dieses Kokses ist es ohne weiteres möglich, ein Produktgas zu erzeugen, das, trocken gerechnet, zu mindestens 90 Vol.% aus Kohlenmonoxid besteht.
Beispiel: In einer Verfahrensführung, wie sie in der Zeichnung daryestellt ist, werden pro Stunde 2400 kg Koks (wasser- und aschefrei gerechnet) vergast. Der Koks besitzt Korngrößen im Bereich von 3 bis 60 mm. Als Flußmittel zum Einstellen des Schlackeschmelzpunktes werden dem Koks 150 kg/h Kalkstein zugemischt. Die Vergasung erfolgt in einem bekannten ?eaktor 1, der von British Gas Corporation und Lurgi entwickelt wurde, der Druck im Reaktor beträgt 5 bar.
Koksanalyse: C 96,3 Gew.% H 0,7 Gew.% 0 0,7 Gew.% N 1,1 Gew.% S 1,2 Gew.% 100,0 Gew.% Durch die Vergasungsmitteldüsen werden dem Reaktor 1 pro Stunde 3 1313 Nm technisch reiner Sauerstoff und 1110 Nm3 Kohlendioxid zugeführt. Auf diese Weise werden pro Stunde 5000 Nm3 Produktgas erzeugt, die den Reaktor durch die Leitung 10 verlassen. Nach Staubentfernung im Zyklon 11 und Kühlung im Abhitzekessel 14 steht in der Leitung 16 ein Produktgas mit einer Temperatur von 140 OC zur Verfügung. Dieses Produktgas hat, trocken gerechnet, folgende Zusammensetzung: CO2 3,0 Vol.% CO 92,5 Vol.% CH4 0,0 Vol.% H2 3,0 Vol.% N2 1,5 Vol.% Durch die Leitung 17 werden pro Stunde 76 Nm3 des Produktgases zum Brenner 18 geführt, wobei man diesen gasförmigen Brennstoff durch die Leitung 22 mit pro Stunde 86 Nm3 CO anreichert.
23 Aus der Leitung 21 erhält der Brenner 18 38 Nm3/h Sauerstoff.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Reaktors zum Vergasen von festem, körnigem Brennstoff unter einem Druck von 1 bis 50 bar, wobei man dem Brennstoff, der im Reaktor ein Festbett bildet, das sich langsam nach unten bewegt, als Vergasungsmittel Sauerstoff und Kohlendioxid zuführt, die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile des Brennstoffs unter dem Festbett als flüssige Schlacke durch eine Schlackenabflußöffnung abfließen läßt, den Schlackenabfluß durch einen mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Brenner reguliert, dessen Verbrennungsgase in die Abflußöffnung gerichtet sind, und das Produktgas über dem Festbett abzieht, en;taubt und kühlt, dadurch gekennzeichnet, daß man als festen Brennstoff Koks einsetzt, die Vergasungsmittel weitgehend frei von Wasserdampf hält, dem Brenner Sa'uerstoff und entstaubtes, gekühltes Produktgas als Brennstoff zuführt und ein Produktgas abzieht, das nach Kühlung auf Temperaturen von 120 bis 200 °C zu mindestens 85 Vol.%, trocken gerechnet, aus Kohlenmonoxid besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem dem Brenner als gasförmigen Brennstoff zugeführten Produktgas Kohlendioxid dosiert zumischt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgas nach Entstaubung und Kühlung auf Temperaturen von 120 bis 200 °C und Grobreinigung zu mindestens 90 Vol.%, trocken gerechnet, aus Kohlenmonoxid besteht.