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EP3290493B1 - Verfahren zur festbettdruckvergasung - Google Patents

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Publication number
EP3290493B1
EP3290493B1 EP16400040.8A EP16400040A EP3290493B1 EP 3290493 B1 EP3290493 B1 EP 3290493B1 EP 16400040 A EP16400040 A EP 16400040A EP 3290493 B1 EP3290493 B1 EP 3290493B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ash
reactor
particles
fuel
bed
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.)
Not-in-force
Application number
EP16400040.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3290493A1 (de
Inventor
Ganesh Arumugam
Nicolas Spiegel
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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 Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to EP16400040.8A priority Critical patent/EP3290493B1/de
Priority to PCT/EP2017/025235 priority patent/WO2018041411A1/en
Priority to CN201721120405.4U priority patent/CN207567181U/zh
Priority to CN201710779718.9A priority patent/CN107794090A/zh
Publication of EP3290493A1 publication Critical patent/EP3290493A1/de
Application granted granted Critical
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    • C10J3/40—Movable grates
    • C10J3/42—Rotary grates

Definitions

  • the invention relates to a process for converting a solid, carbonaceous fuel, such as coal or coke, to a raw synthesis gas mainly comprising hydrogen and carbon monoxide and to ash, using a shaft reactor in which the fuel is arranged as a fixed bed and flows through it continuously, the A gaseous gasifying agent comprising oxygen and steam flows through the fixed bed at elevated pressure and at elevated temperature, and the shaft reactor is filled with fuel via a pressure lock and the ash is discharged from it.
  • the invention also relates to a system for carrying out the method.
  • solid fuel such as coal, coke or other carbonaceous fuel is gasified with steam and oxygen as gasifying agents at elevated temperature and, in most cases, under excess pressure to form a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, with solid ash being obtained which over an ash discharge grate, which in many cases is designed as a rotating grate is discharged from the reactor.
  • a particle size distribution has proven to be favorable in which at least 90% by weight of the particles are in a size range from 10 to 50 mm and the remainder is divided equally between the size range above and below.
  • the particle size is determined in accordance with ASTM D4749.
  • the object of the invention is therefore to provide a method which is able to carry out the gasification of carbonaceous fuel in the fixed bed more effectively and to improve the gas flow through the fuel bed.
  • AU 469 916 B2 and GB 1 435 088 A describe processes for the gasification of coal with the return of inert mass to improve the flow behavior of the shaft reactors.
  • a process for converting a solid, carbonaceous fuel, such as coal or coke, to a raw synthesis gas comprising mainly hydrogen and carbon monoxide and to ash using a shaft reactor in which the fuel is arranged as a fixed bed and flows through it continuously, the fixed bed at increased Pressure and at elevated temperature, is flowed through by a gaseous gasifying agent comprising oxygen and steam, and the shaft reactor is filled with the fuel via a pressure lock each and the ash is discharged from it, with part of the discharged ash being returned to the reactor and with the Fuel passes through the fixed bed, characterized in that the ash is sieved off before being returned to the reactor to separate fine and coarse particles, the sieving comprising at least two sieve stages and with decreasing or increasing mesh size and the sieve fr action with medium particle size is at least partially returned to the reactor and the separated particles are fed to a further treatment or use outside of the process .
  • Eleated pressure and “elevated temperature” are understood to mean pressure and temperature values above ambient pressure or room temperature. The person skilled in the art can find suitable pressure and temperature values from the abovementioned literature.
  • the presence of ash particles leads to loosening, ie to gaps that exist uniformly between the particles of the fixed fuel bed and thus enables gasification agent to flow through it more evenly.
  • the pressure drop of the gasification agent is reduced, whereby a larger amount of gasification agent can flow through the fixed bed. Due to the more even distribution and the larger amount of the gasification agent used in the fixed bed, the production capacity of the fixed bed gasification reactor can be increased.
  • the loosening achieved by the ash particles also improves the flowability of the bed of the fixed bed.
  • the tendency of the bed to form bridges at bottlenecks is thus reduced.
  • the outflow of the ash through the annular gap between the rotating grate and the inner wall of the reactor is less disturbed by the formation of bridges in the ash bed.
  • a particular advantage of using the ash particles produced in the gasification process itself is that these particles have already been exposed to the process conditions, in particular the high temperatures, so that they have only a slight tendency to disintegrate when they pass through the fixed bed.
  • the particle size distribution of the returned ash is adjusted to the area that is most suitable for a uniform flow through the bed of solids. This is especially the range of mean grain sizes of the ash particles. Too high a proportion of small particles can block the flow; too high a proportion of large particles can lead to channel formation, i.e. H. to places with particularly low flow resistance. Which size range is most suitable for a specific application must be determined through tests. It depends on the apparatus conditions of the reactor, the adjustable process parameters and, in particular, on the quality of the fuel.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash discharged from the reactor via the pressure lock is rinsed with water for screening and is separated from the water again when the fine and coarse particles are screened. With this method of transport, the ashes are cooled at the same time.
  • the method does not require any complicated apparatus and is therefore reliable and inexpensive.
  • This method can also be used particularly advantageously when water is scarce, by circulating the water used, passing it through a device for separating fine ash particles, which are discharged for further treatment outside the process.
  • Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the water used is circulated, being passed through a device for separating fine ash particles which are discharged for further treatment outside the process. Since the recycled water has already been saturated or partially saturated with water-soluble ash constituents in this way, such dissolution effects are reduced when the water that has already been used is used again. This increases the stability of the ash particles.
  • the fine particles are particles with a size of less than 10 mm, less than 20 mm, less than 30 mm or less than 40 mm and / or as the coarse particles, particles with a size of more than 20 mm, more than 30 mm , over 40 mm or over 50 mm. These sizes are a good starting point for testing to determine which particle size distribution is the most suitable.
  • Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash is fed to the solid bed up to a proportion of 30% of the mass of the solid bed.
  • the ash in the solid bed improves and evens out the Permeability of the solid bed, on the other hand, it also represents a dead mass for the gasification process, which does not contribute directly to the production of synthesis gas. It therefore makes sense to limit the ash content in the solid bed.
  • Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash intended for recycling into the reactor is dried.
  • the ash is emptied from the ash lock of the fixed bed reactor into a channel, from which it is rinsed with water for further treatment.
  • the one recorded Moisture is largely separated from the ash when the coarse and fine particles are sieved.
  • it can be useful to dry the ash before returning it to the reactor.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the ash and the fuel provided for return are each conveyed by means of conveying means that generate a material flow and that the two material flows are brought together and the mixed material flow thus formed is filled into the pressure lock or an upstream feed container will.
  • conveying means that generate a material flow
  • the two material flows are brought together and the mixed material flow thus formed is filled into the pressure lock or an upstream feed container will.
  • a suitable alternative to a mixing apparatus is, in each case by suitable means of conveyance, such as. B. conveyor belts, vibrating troughs or pneumatic conveying systems to generate a continuous flow of material, and to merge the fuel and ash flows and combine them into a single, mixed flow; and to introduce this stream into the fuel lock or into a storage container for the fuel lock.
  • suitable means of conveyance such as. B. conveyor belts, vibrating troughs or pneumatic conveying systems to generate a continuous flow of material, and to merge the fuel and ash flows and combine them into a single, mixed flow; and to introduce this stream into the fuel lock or into a storage container for the fuel lock.
  • Fig. 1 comprises the plant 1 comprises a fixed-bed pressure gasification reactor 2 with the pressure lock 3 for charging the reactor with fuel 4, e.g. B. coal, and the pressure lock 5 for discharging the ash 6 produced.
  • the locks can be closed with the closures 7.
  • the fixed fuel bed 8, which rests on the grate 9, is located in the reactor 2.
  • the gasification agents 10 are introduced through the grate 9 into the fixed bed 8 and convert the fuel 4 into raw synthesis gas 11 and ash 6.
  • the raw synthesis gas 11 is discharged from the reactor 2 above the fixed bed 8 for further treatment outside the process.
  • the ash 6 is drained from the lock 5 into the lock channel 12 and fed with water 13 as a water / ash mixture 14 to the two-stage screening device 15.
  • This is equipped with a first sieve 16 for sieving off the ash fine particles and for separating the water from the ash.
  • a size of 10 mm is most suitable, but the sieve 16 should be adjustable in such a way that sizes up to 40 mm can also be sieved off as fine particles.
  • the mixture 17 of fine ash particles and water is discharged from the system 1 for further treatment. It is also possible for the mixture 17 to be passed through a device (not shown) for separating the fine particles from the water, so that the water can be circulated and used again to flush the lock channel.
  • the ash 18 is then passed to a second sieve 20 to screen the coarse ash particles 19.
  • the size of the coarse ash particles screened off can be changed. In many cases a size of 50 mm is most suitable, but the sieve 20 should be adjustable in such a way that sizes down to 20 mm are screened off as coarse particles.
  • the ash 18 can optionally be washed free of ash dust with water 25. The water 25 can be performed in a cycle, not shown, in which it is of the Ash dust is freed.
  • the coarse particles 19 are discharged from the system 1 for further treatment.
  • This device meters and mixes the flows of the fuel 4 and the ash 21 in the desired ratio and fills them as a mixture 24 into the pressure lock 3.
  • the invention provides a method with which the gas flow behavior of a fixed-bed pressure gasification reactor is improved and it can thus be operated with a greater throughput and thus with increased economic efficiency.
  • the invention is therefore advantageously industrially applicable.

Landscapes

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, in welchem der Brennstoff als Festbett angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor über jeweils eine Druckschleuse mit dem Brennstoff befüllt und die Asche aus ihm ausgetragen wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
    • Stand der Technik
  • Mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren wird fester Brennstoff, wie Kohle, Koks oder sonstiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Dampf und Sauerstoff als Vergasungsmittel bei erhöhter Temperatur und, in den meisten Fällen, unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegas vergast, wobei eine feste Asche erhalten wird, die über einen Ascheaustragsrost, der in vielen Fällen als Drehrost ausgebildet ist, aus dem Reaktor ausgetragen wird. Dieser Reaktortyp wird häufig auch als FBDB- (= Fixed Bed Dry Bottom) -Druckvergaser bezeichnet.
  • Im Festbett durchläuft der Brennstoff von oben nach unten folgende Temperaturzonen mit in dieser Richtung steigender Temperatur:
    • Trocknungszone: In der Trocknungszone wird im oder am Brennstoff gebundene Feuchte desorbiert und mit dem Rohsynthesegasstrom aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor ausgetragen.
    • Pyrolysezone: Hier werden leichtflüchtige Verbindungen aus dem Brennstoff freigesetzt und ausgetrieben. Es erfolgt hier eine Verschwelung oder Verkokung des Brennstoffs.
    • Vergasungszone: In der Vergasungszone erfolgt die eigentliche Umsetzung des Brennstoffs mit dem Vergasungsmittel, das zumeist Luft oder Sauerstoff, sowie Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid als Moderator enthält, zu den Zielprodukten der Vergasung, nämlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid.
    • Verbrennungszone: Hier wird die für die Vergasung, Pyrolyse und Trocknung notwendige Wärmeenergie durch Verbrennen des restlichen Teils des Brennstoffes zu Asche erzeugt.
    • Aschebett, das Aschebett deckt das Austragsrost ab und schützt es vor den hohen Temperaturen der Verbrennungszone.
  • Für weitere Verfahrensdetails wird auf das einschlägige Schrifttum verwiesen, vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Seite 367 ff. Die Vergasung beginnt typischerweise bei Temperaturen von etwa 700 °C und verläuft mit hoher Geschwindigkeit bei Temperaturen von 800 °C, vgl. Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, S. 384. Die dortige Abb. 10 zeigt einen typischen Temperaturverlauf der Gastemperatur in einem Festbettdruckvergasungsreaktor, insbesondere in den oben erörterten Temperaturzonen.
  • Um die Produktionskapazität des Reaktors möglichst weitgehend auszunutzen, ist es erforderlich, eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Brennstofffestbetts mit dem Vergasungsmittel zu erreichen. Um das zu erreichen, ist es erforderlich, eine geeignete Partikelgrößenverteilung im Festbett einzustellen. Ein zu hoher Anteil an kleinen Partikeln kann zu Blockierungen der Durchströmung führen, ein zu hoher Anteil an großen Partikeln kann zu Kanalbildungen führen, d. h. zu Stellen mit besonders geringem Strömungswiderstand.
  • Als günstig hat sich in vielen Fällen eine Partikelgrößenverteilung erwiesen, bei der mindestens 90 Gew-% der Partikel in einem Größenbereich von 10 bis 50 mm liegen und der restliche Anteil sich zu gleichen Teilen auf den darüber und den darunter liegenden Größenbereich verteilen. Die Partikelgröße wird dabei nach ASTM D4749 bestimmt.
  • Um die Partikelgröße im Festbett zu beeinflussen, stehen bisher die folgenden Wege zur Verfügung:
    • Die Siebung des Brennstoffs vor seiner Einfüllung in den Reaktor,
    • die Steuerung der Temperatur in der Verbrennungszone des Festbetts durch die Einstellung des Mengenverhältnisses von Sauerstoff zu Dampf im Vergasungsmittel, wobei eine Erhöhung des Sauerstoffanteils zur Temperaturerhöhung, eine Erhöhung des Dampfanteils zur Temperatursenkung in der Verbrennungszone führt. Die Höhe der Temperatur in der Verbrennungszone beeinflusst die Möglichkeit der Aschepartikel zu agglomerieren und damit die Größe der gebildeten Aschepartikel,
    • die Einstellung der Ascheschmelztemperatur durch eine geeignete Zusammensetzung des Brennstoffs, wie z.B. eine geeignete Mischung verschiedener Kohlesorten.
  • Aber diese beschriebenen Wege die Partikelgröße im Festbett zu beeinflussen, reichen oft nicht aus, um das angestrebte Ergebnis zu erhalten. So gibt es z. B. Kohlesorten, die dazu neigen, dass ihre Partikel bei der Erwärmung im Festbett zerfallen, so dass in diesen Fällen, auch trotz einer vorherigen Siebung des Brennstoffs, der Anteil an Feinpartikeln unerwünscht hoch und eine gleichmäßige Durchströmung des Festbetts beeinträchtigt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Festbett effektiver durchzuführen und die Durchgasung des Brennstoffbettes zu verbessern.
  • AU 469 916 B2 und GB 1 435 088 A beschreiben Verfahren zur Vergasung von Kohle unter Rückführung von inerter Masse zur Verbesserung der Strömungsverhalten der Schachtreaktoren.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 7.
    • Erfindungsgemäßes Verfahren:
  • Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors, in welchem der Brennstoff als Festbett angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett, bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur, von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor über jeweils eine Druckschleuse mit dem Brennstoff befüllt und die Asche aus ihm ausgetragen wird, wobei ein Teil der ausgetragenen Asche in den Reaktor zurückgeführt wird und mit dem Brennstoff das Festbett durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Asche vor ihrer Rückführung in den Reaktor zur Abtrennung von Fein- und Grobpartikeln abgesiebt wird, wobei die Absiebung mindestens zwei Siebstufen umfasst und mit fallender oder mit steigender Maschenweite erfolgen kann und wobei die Siebfraktion mit mittlerer Partikelgröße mindestens teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird und die abgetrennten Partikel einer weiteren Behandlung oder Verwendung außerhalb des Verfahrens zugeführt werden..
  • Anlage zur Durchführung der Erfindung:
    Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche, umfassend:
    • Einen Festbettdruckvergasungsreaktor, umfassend ein schachtförmiges Reaktorgefäß, einen Vergasungsmitteleinlass, einen Produktgasauslass, ein Ascheaustragsrost, eine Druckschleuse zur Zuführung des Brennstoffs, eine weitere Druckschleuse zur Abführung der Asche,
    • optional einen Schleusenkanal für den Transport der Asche mit Wasser zur Siebvorrichtung,
    • optional eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln aus dem für den Transport im Schleusenkanal verwendeten Wasser,
    • eine Siebvorrichtung zur Absiebung der Asche, so ausgebildet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden können,
    • optional jeweils eine Wiege- und Dosiereinrichtung zur Bestimmung der zur Brennstoffzuführvorrichtung bzw. zur Asche-Brennstoff-Mischeinrichtung zurückgeführten Asche- und Brennstoffmenge,
    • optional eine Trocknungseinrichtung zur Trocknung der zurückgeführten Aschemenge,
    • eine Mischeinrichtung zur Vermischung von Asche und Brennstoff,
    • Transportmittel für Asche und für Brennstoff.
  • Unter "erhöhtem Druck" und "erhöhter Temperatur" werden dabei Druck- und Temperaturwerte oberhalb von Umgebungsdruck bzw. Raumtemperatur verstanden. Geeignete Druck- und Temperaturwerte kann der Fachmann dem oben genannten Schrifttum entnehmen.
  • Die Anwesenheit von Aschepartikeln führt zu einer Auflockerung, d. h. zu gleichmäßig zwischen den Partikeln des Brennstofffestbetts bestehenden Lücken und ermöglicht damit dessen gleichmäßigere Durchströmung mit Vergasungsmittel. Der Druckverlust des Vergasungsmittels wird verringert, wodurch eine größere Menge an Vergasungsmittel durch das Festbett fließen kann. Durch die gleichmäßigere Verteilung und die größere Menge des eingesetzten Vergasungsmittels im Festbett, kann die Produktionskapazität des Festbettvergasungsreaktors gesteigert werden.
  • Die durch die Aschepartikel erzielte Auflockerung verbessert außerdem die Fließfähigkeit der Schüttung des Festbetts. Die Neigung der Schüttung zur Brückenbildung an Engstellen wird also verringert. Insbesondere der Abfluss der Asche durch den Ringspalt zwischen Drehrost und Reaktorinnenwand wird durch Brückenbildung der Ascheschüttung weniger gestört.
  • Durch die positive Wirkung der Asche im Festbett kann in vielen Fällen auch auf eine Einstellung der Ascheschmelztemperatur durch die Mischung verschiedener Kohlesorten im Brennstoffbett verzichtet werden.
  • Ein besonderer Vorteil in der Verwendung der im Vergasungsverfahren selbst produzierten Aschepartikel liegt darin, dass diese Partikel den Verfahrensbedingungen, insbesondere den hohen Temperaturen, bereits ausgesetzt waren, so dass sie nur in geringem Umfang dazu neigen, bei einem weiteren Durchgang durch das Festbett zu zerfallen.
  • Durch die Absiebung wird die Partikelgrößenverteilung der zurückgeführten Asche auf den Bereich eingestellt, der für eine gleichmäßige Durchströmung des Feststoffbettes am geeignetsten ist. Dies ist insbesondere der Bereich mittlerer Korngrößen der Aschepartikel. Ein zu hoher Anteil an kleinen Partikeln kann zu Blockierungen der Durchströmung führen, ein zu hoher Anteil an großen Partikeln kann zu Kanalbildungen führen, d. h. zu Stellen mit besonders geringem Strömungswiderstand. Welcher Größenbereich im konkreten Einsatzfall der geeignetste ist, muss durch Versuche ermittelt werden. Er ist abhängig von den apparativen Gegebenheiten des Reaktors, den einstellbaren Verfahrensparametern und insbesondere von der Qualität des Brennstoffs.
    • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Reaktor über die Druckschleuse ausgetragene Asche mit Wasser zur Absiebung gespült und bei der Absiebung der Fein- und Grobpartikel wieder vom Wasser abgetrennt wird. Bei dieser Methode des Transports wird die Asche gleichzeitig gekühlt. Die Methode erfordert keine komplizierten Apparate, ist daher zuverlässig und kostengünstig. Besonders vorteilhaft kann diese Methode auch angewendet werden, wenn Wasser knapp ist, indem das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden. Da das rückgeführte Wasser auf diese Weise bereits mit wasserlöslichen Aschebestandteilen gesättigt oder teilgesättigt wurde, verringern sich solche Lösungseffekte bei einem neuen Einsatz des bereits gebrauchten Wassers. Dies erhöht die Stabilität der Aschepartikel.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden. Diese Größen bieten gute Ausgangspunkte, um durch Versuche zu ermitteln, welche Partikelgrößenverteilung die geeignetste ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Asche bis zu einem Anteil von 30 % der Masse des Feststoffbetts dem Feststoffbett zugeführt wird. Die Asche im Feststoffbett verbessert und vergleichmäßigt einerseits die Durchströmbarkeit des Feststoffbettes, andererseits stellt sie aber auch für den Vergasungsprozess eine tote Masse dar, die nicht direkt zur Produktion von Synthesegas beiträgt. Daher ist es sinnvoll, den Ascheanteil im Feststoffbett zu beschränken.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung in den Reaktor bestimmte Asche getrocknet wird. In vielen Fällen wird die Asche aus der Ascheschleuse des Festbettreaktors in einen Kanal entleert, aus dem sie mit Wasser zur weiteren Behandlung gespült wird. Die dabei aufgenommene Feuchte wird bei der Absiebung der Grob- und Feinpartikel zum großen Teil von der Asche abgetrennt. Um den Festbettreaktor zu entlasten, kann es sinnvoll sein, die Asche vor der Rückführung in den Reaktor zu trocknen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung vorgesehene Asche und der Brennstoff jeweils mittels Fördermitteln gefördert werden, die einen Materialstrom erzeugen und dass die beiden Materialströme zusammengeführt werden und der dabei gebildete gemischte Materialstrom in die Druckschleuse oder einen vorgelagerten Aufgabebehälter eingefüllt werden. Um den beabsichtigten Effekt der Erfindung, eine gleichmäßige Durchströmbarkeit des Festbetts zu erreichen, ist es erforderliche, eine gleichmäßige Verteilung der Asche im Festbett zu erreichen. Grundsätzlich ist es möglich dem Festbettreaktor eine Mischapparatur vorzuschalten, in der die Asche dem Brennstoff untergemischt wird. Durch die dabei oft vorhandene mechanische Belastung der Partikel würde aber der Anteil an Feinpartikeln im Brennstoff steigen und sich damit kontraproduktiv auf den Vergasungsprozess auswirken. Eine geeignete Alternative zu einer Mischapparatur besteht darin, jeweils durch geeignete Fördermittel, wie z. B. Förderbänder, Rüttelrinnen oder pneumatische Förderungen einen kontinuierlichen Stoffstrom zu erzeugen, und den Brennstoff- und den Aschestrom zusammenzuführen und zu einem einzigen, gemischten Strom zu vereinigen; und diesen Strom in die Brennstoffschleuse oder in einen Vorlagebehälter für die Brennstoffschleuse einzuführen.
    • Ausführungsbeispiele
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigt die die einzige Figur
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage.
  • In Fig. 1 umfasst die Anlage 1 umfasst einen Festbettdruckvergasungsreaktor 2 mit der Druckschleuse 3 zur Beschickung des Reaktors mit Brennstoff 4, z. B. Kohle, und der Druckschleuse 5 zur Ausschleusung der erzeugten Asche 6. Die Schleusen können mit den Verschlüssen 7 verschlossen werden. In dem Reaktor 2 befindet sich das Brennstofffestbett 8, welches auf dem Rost 9 aufliegt. Die Vergasungsmittel 10 werden durch den Rost 9 in das Festbett 8 eingeleitet und wandeln den Brennstoff 4 in Rohsynthesegas 11 und Asche 6 um. Das Rohsynthesegas 11 wird oberhalb des Festbetts 8 aus dem Reaktor 2 zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgeleitet.
  • Aus der Schleuse 5 wird die Asche 6 in den Schleusenkanal 12 abgelassen und mit Wasser 13 als Wasser/Asche-Gemisch 14 der zweistufigen Siebvorrichtung 15 zugeführt. Diese ist mit einem ersten Sieb 16 zur Absiebung der Aschefeinpartikel und zur Abtrennung des Wassers von der Asche ausgestattet. Durch Einstellung oder Umbau des Siebs 16 kann die Größe der abgesiebten Aschefeinpartikel verändert werden. In vielen Fällen ist eine Größe von 10 mm am geeignetsten, das Sieb 16 sollte aber so einstellbar sein, dass auch Größen bis 40 mm als Feinpartikel abgesiebt werden können. Das Gemisch 17 aus Aschefeinpartikeln und Wasser wird aus der Anlage 1 zur weiteren Behandlung ausgeleitet. Es ist auch möglich, dass Gemisch 17 über eine, nicht dargestellte, Vorrichtung zur Abtrennung der Feinpartikel aus dem Wasser zu führen, so dass das Wasser im Kreis geführt und wieder zur Spülung des Schleusenkanals verwendet werden kann.
  • Die Asche 18 wird anschließend zur Absiebung der Aschegrobpartikel 19 einem zweiten Sieb 20 aufgegeben. Durch Einstellung oder Umbau des Siebs 20 kann die Größe der abgesiebten Aschegrobpartikel verändert werden. In vielen Fällen ist eine Größe von 50 mm am geeignetsten, das Sieb 20 sollte aber so einstellbar sein, dass auch Größen bis hinunter zu 20 mm als Grobpartikel abgesiebt werden. Auf dem Sieb 20 kann die Asche 18 optional mit Wasser 25 von Aschestaub freigewaschen werden. Das Wasser 25 kann dabei in einem, nicht dargestellten Kreislauf geführt werden, bei dem es von dem Aschestaub befreit wird. Die Grobpartikel 19 werden zur weiteren Behandlung aus der Anlage 1 ausgetragen.
  • Die von Fein- und Grobpartikeln befreite Asche 21, die nur noch Aschepartikel mittlerer Größe enthält, wird in der Vorrichtung 22 getrocknet und, ebenso wie der Brennstoff 4, der Misch- und Dosiereinrichtung 23 aufgegeben. Diese Einrichtung dosiert und mischt die Ströme des Brennstoffs 4 und der Asche 21 im gewünschten Verhältnis und füllt sie als Gemisch 24 in die Druckschleuse 3.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem das Durchgasungsverhalten eines Festbettdruckvergasungsreaktors verbessert wird und er somit mit größerem Durchsatz und damit mit erhöhter Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann. Die Erfindung ist daher vorteilhaft gewerblich anwendbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anlage gemäß Erfindung
    2
    Festbettdruckvergasungsreaktor
    3
    Druckschleuse
    4
    Brennstoff
    5
    Druckschleuse
    6
    Asche
    7
    Verschluss
    8
    Festbett
    9
    Rost
    10
    Vergasungsmittel
    11
    Rohsynthesegas
    12
    Schleusenkanal
    13
    Wasser
    14
    Wasser/Asche-Gemisch
    15
    Siebvorrichtung
    16
    erstes Sieb
    17
    Gemisch aus Aschefeinpartikeln und Wasser
    18
    Asche
    19
    Grobpartikel
    20
    zweites Sieb
    21
    Asche
    22
    Vorrichtung zur Aschetrocknung
    23
    Asche
    24
    Gemisch aus Brennstoff und Asche
    25
    Wasser

Claims (7)

  1. Verfahren zur Umwandlung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie Kohle oder Koks, zu einem hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohsynthesegas und zu Asche, unter Verwendung eines Schachtreaktors (2), in welchem der Brennstoff (4) als Festbett (8) angeordnet ist und dieses kontinuierlich durchläuft, wobei das Festbett (8), bei erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur, von einem Sauerstoff und Dampf umfassenden gasförmigen Vergasungsmittel durchströmt wird und wobei der Schachtreaktor (2) über jeweils eine Druckschleuse (3, 5) mit dem Brennstoff (4) befüllt und die Asche (6) aus ihm ausgetragen wird, wobei ein Teil der ausgetragenen Asche (6) in den Reaktor (2) zurückgeführt wird und mit dem Brennstoff (4) das Festbett (8) durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Asche (6) vor ihrer Rückführung in den Reaktor (2) zur Abtrennung von Fein- und Grobpartikeln abgesiebt wird, wobei die Absiebung mindestens zwei Siebstufen (16, 20) umfasst und mit fallender oder mit steigender Maschenweite erfolgen kann und wobei die Siebfraktion mit mittlerer Partikelgröße (21) mindestens teilweise in den Reaktor (2) zurückgeführt wird und die abgetrennten Partikel (17, 19) einer weiteren Behandlung oder Verwendung außerhalb des Verfahrens zugeführt werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Reaktor über die Druckschleuse (5) ausgetragene Asche (6) mit Wasser zur Absiebung gespült und bei oder nach der Absiebung der Fein- und Grobpartikel wieder vom Wasser abgetrennt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Wasser im Kreis geführt wird, wobei es über eine Vorrichtung zur Abtrennung von Aschefeinpartikeln geführt wird, die zur weiteren Behandlung außerhalb des Verfahrens ausgetragen werden.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Feinpartikel Partikel mit einer Größe von kleiner 10 mm, kleiner 20 mm, kleiner 30 mm oder kleiner 40 mm und/oder als Grobpartikel Partikel mit einer Größe von über 20 mm, über 30 mm, über 40 mm oder über 50 mm abgesiebt werden.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Reaktor zurückgeführte Aschefraktion (21) bis zu einem Anteil von 30 % der Masse des Feststoffbetts (8) dem Feststoffbett (8) zugeführt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung in den Reaktor (2) bestimmte Asche vor der Zuführung zum Feststoffbett (8) getrocknet wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückführung vorgesehene Asche und der Brennstoff jeweils mittels Fördermitteln gefördert werden, die einen Materialstrom erzeugen und dass die beiden Materialströme zusammengeführt werden und der dabei gebildete gemischte Materialstrom in die Druckschleuse oder einen vorgelagerten Aufgabebehälter eingefüllt werden.
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