DD155174A1

DD155174A1 - Verfahren zum betreiben eines wirbelbettreaktors zum vergasen von kohlenstoffhaltigem material

Info

Publication number: DD155174A1
Application number: DD80225841A
Authority: DD
Inventors: Friedrich H Franke; Kurt Pattas; Wolfgang H Adlhoch
Original assignee: Rheinische Braunkohlenw Ag
Priority date: 1979-12-08
Filing date: 1980-12-08
Publication date: 1982-05-19
Also published as: EP0030323A1; TR21877A; GR71896B; AU536933B2; EP0030323B1; BR8008022A; AU6511580A; DE3071595D1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material unter Verwendung von exotherme und endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmitteln mit einem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Nachreaktionsraum, der von dem aus dem Wirbelbett austretenden Gasgemisch und kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen durchstroemt wird, wobei Vergasungsmittel in das Wirbelbett ueber mindestens drei entlang der Reaktorlaengsachse angeordneten Einblasbereichen in den Nachreaktionsraum eingeblasen werden, soll so durchgefuehrt werden, dass oberhalb des Wirbelbettes im Nachreaktionsraum eine moeglichst gleichbleibend hohe Temperatur entlang der Reaktorachse eingehalten wird. Dies wird durch entsprechende Dosierung der Zugabe der Vergasungsmittel entlang der Reaktorachse erreicht. Auf diese Weise soll bei moeglichst geringem Aufwand an Vergasungsmitteln eine moeglichst weitgehende Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Teilchen unter Bildung nutzbarer Gase mit moeglichst vorteilhafter Zusammensetzung erzielt werden.

Description

-4- 22

Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material

Anwendung der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material unter Verwendung von exotherme Umsetzungen und ¹ endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmitteln mit einem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Nachreaktionsraum, der von dem aus dem Wirbelbett austretenden Gasgemisch und kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen durchströmt wird, wobei Vergasungsmittel in das Wirbelbett und über mindestens drei entlang der Reaktorlängsachse angeordneten Einblasebereichen in den Nachreaktionsraum eingeführt werden.

Dafür kommen beispielsweise Luft, Sauerstoff und Wasserstoff als exotherm reagierende Vergasungsmittel und Wasserdampf und CO₂ als endotherm reagierende Vergasungsmittel in Frage.

Charakterstik der bekannten technischen Lösungen: Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, z.B. Kohle, ist es bekannt, in einen Wirbelbettreaktor mit einem unteren, die kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen aufweisenden Wirbelbett und einem darüber befindlichen Nachreaktionsraum, in dem sich mitgerissene, kohlenstoffhaltige Feststoffteilchen befinden, Vergasungsmittel z.B. Sauerstoff und Wasserdampf, einzublasen, wobei die in den unteren Bereich des Reaktors eingeblasenen Vergasungsmittel zugleich auch die Fluidisierung des Wirbelbettes bewirken. Ferner ist es bekannt, oberhalb der obe-

- 2 - 2 2 5 8 4

ren Begrenzung des Wirbelbettes zusätzliche Vergasungsmittel zuzuführen. Dadurch soll erreicht werden, dass der aus der Wirbelschicht nach oben ausgetragene Feststoff auf dem Wege durch den Nachreaktionsraum möglichst vollständig vergast wird. Es ist auch bekannt, die Temperaturverteilung entlang der Reaktorachse durch die Zugabe von Vergasungsmitteln in mehreren entlang der Reaktorachse einen Abstand voneinander aufweisenden Bereichen im mittleren und/oder oberen Bereich des Nachreaktionsraumes zu beeinflussen. Dabei sinkt die Temperatur von einem Maximum dicht oberhalb der oberen Begrenzung des Wirbelbettes mehr oder weniger kontinuierlich auf eine wesentlich tiefere Temperatur im oberen Bereich des Reaktionsraumes ab.

Es ist notwendig, mit der Maximaltemperatür unterhalb des Schmelzpunktes der Asche des kohlenstoffhaltigen Materials zu bleiben, da es im anderen Fall zu Anbackungen im Reaktor und/oder in den Leitungen kommt, in denen das Produktgas nach Verlassen des Reaktors zu nachgeordneten Einrichtungen geführt wird.

Dem Temperaturprofil,d. h. dem Temperaturverlauf entlang der Längsachse im Nachreaktionsraum,kommt eine grosse Bedeutung für den Betrieb des Reaktors und auch für die Qualität des darin hergestellten Gases zu. Der Temperaturverlauf ist weiterhin wichtig für eine möglichst weitgehende Umsetzung des in den Reaktor eingeführten· kohlenstoffhaltigen Materials. So begünstigt eine hohe Temperatur bei Anwesenheit von kohlenstoffhaltigem Material die CO- und H~-Ausbeute. Eine zu hohe Temperatur kann jedoch bei schmelzender Asche zu den bereits erwähnten Anbackungen und zur Bildung von Agglomeraten führen, die den Betrieb des Reaktors beeinträchtigen oder gar zu Betriebsunterbrechungen führen. Eine zu niedrige Temperatur vermeidet zwar Schwierigkeiten durch Schmelzen der Asche, führt jedoch andererseits zu einem höheren CO₀- und H^C^Anteil im

- 3 - 2 2 5 8 A 1

Produktgas. Ausserdem findet dabei die Umsetzung des festen Kohlenstoffes mit £0^ und H besonders günstigen Bedingungen.

sten Kohlenstoffes mit £0₂ und H-O zu CO und H₂ keine

Ziel der Erfindung:

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der einleitend beschriebenen Art so abzuwandeln, dass im Hinblick auf die durch den Ascheschmelzpunkt gesetzten Grenzen eine möglichst vollständige Umsetzung des im Nachreaktionsraum befindlichen, kohlenstoffhaltigen Materials bewirkt wird. Die in den Reaktor eingebrachten Vergasungsmittel sollen gezielt einsetzbar sein, so dass mit einem möglichst geringen Aufwand an Vergasungsmitteln ein möglichst grosser Effekt im Sinne einer weitgehenden Vergasung der festen Kohlepartikel unter Bildung nutzbarer Gase erreichbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung: Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, « dass die Vergasungsmittel entlang der Reaktorlängsachse derart verteilt in den Nachreaktionsraum eingeführt werden, dass oberhalb des Wirbelbettes ein möglichst gleichbleibend hohes Temperaturniveau entlang der Reaktorachse eingehalten wird.

Selbstverständlich ist es nicht möglich, eine über die Höhendes Nachreaktionsraumes absolut konstante Temperatur einzuhalten, da praktisch in jeder Ebene, in welcher Vergasungsmittel eingeblasen wird, aufgrund der dann überwiegend exothermen Umsetzungen ein kleines Temperaturpeak entsteht und im Anschluss daran in Strömungsrichtung,d.h. nach oben, die Temperatur aufgrund der danach überwiegend endothermen Umsetzungen abnimmt. Jedoch sollte die Anzahl" der Bereiche oder Ebenen, in denen exotherm reagierendes Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum eingeblasen . wird, so gross sein, dass der vorangehende Temperaturabfall nicht sehr ausgeprägt ist. Es ergibt sich dann ein

- 4 - 22584 1

etwa sägeza.hnartiger Verlauf des Temperaturprofils, wobei sich mit zunehmender Anzahl der Einblasebereiche oder -ebenen die Abweichung der oberen Werte und der unteren Werte von der vorgegebenen hohen Temperatur verringert.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemässe Verfahren so zu führen, dass die Vergasungsmittel entlang der Reaktorlängsachse derart verteilt in den Nachreaktionsraum eingeführt werden, dass oberhalb des Wirbelbettes wenigstens zwei sich über wenigstens zwei Einblasebereiche erstrekkende deutliche Abschnitte des Nachreaktionsraumes vorhanden sind, in denen möglichst gleichbleibende Temperaturniveaus unterschiedlicher Höhe entlang der Reaktorachse eingehalten werden. Für den zweiten Abschnitt gilt ebenfalls, dass die Temperatur im vorbeschriebenen Sinne möglichst gleichbleibend ist, wobei sie in Anpassung an den jeweils in diesem Bereich vorhandenen bzw. umzusetzenden Kohlenstoff optimal eingestellt wird.

Es ist bekannt, Produktgas unmittelbar vor dem Austritt aus dem Wirbelbettreaktor durch Einblasen von Wasser oder Dampf abzukühlen. Dieses Quenchen wird, wie auch das Absenken der Temperatur im oberen Abschnitt des Nachreaktionsraumes - insbesondere dann zur Anwendung kommen, wenn die im Nachreaktionsraum eingehaltene hohe Temperatur so dicht am Ascheschmelzpunkt liegt, dass zur sicheren Vermeidung von Anbackungen in den dem Reaktor nachgeordneten Leitungen eine Herabsetzung der Temperatur des Produktgases vor Verlassen des Nachreaktionsraumes zweckmässig ist. Bei Anwendung des Quenchens würden somit der bzw. die Abschnitt(e) gleichbleibend hoher Temperatur sich zwischen Wirbelbett und Quenchzone erstrecken. Im anderen Fall, also ohne Quenchen, würde die möglichst gleichbleibende, hohe Temperatur im Nachreaktionsraum bzw. im oberen Abschnitt desselben sich bis kurz oberhalb des Bereiches erstrecken, in welchem die letzte Zuführung von Vergasungs-

- 5 - 2258-4 1

Es ist möglich, die Umsetzung der im Nachreaktionsraum befindlichen kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel so zu führen, dass über die Längserstreckung des Nachreaktionsraumes die Umsetzung möglichst gleichbleibend ist. Dabei wird die Zufuhr an Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum über dessen Höhe ebenfalls möglichst gleichbleibend sein.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Summe der jeweils im Nachreaktionsraum zugegebenen Vergasungsmittel von unten nach oben abnimmt. Ein Vorteil dieser Verfahrensführung kann beispielsweise darin bestehen, dass das den Reaktor verlassende Produktgas nur wenig unverbrauchten Wasserdampf enthält.

Beide vorerwähnten Möglichkeiten der Dosierung der Vergasungsmittel basieren auf der Überlegung, dass es nicht nur" darauf ankommt, an einer oder ggf. auch an zwei Stellen soviel Vergasungsmittel zuzuführen, dass es zur Umsetzung des im Nachreaktionsraum vorhandenen Kohlenstoffes ausreicht. Dies entspräche z. B. jener bekannten Betriebsweise, bei welcher nur einmal, nämlich dicht oberhalb des Wirbelbettes, eine verhältnismässig grosse Menge von Vergasungsmittel zugegeben wird, um eine möglichst weitgehende Umsetzung der aus dem Wirbelbett nach oben ausgetragenen kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel zu erreichen, wobei die Verhältnisse im darüber befindlichen Bereich* des Nachreaktionsraumes mehr oder weniger sich selbst überlassen bleiben. Durch die erfindungsgemässe Verfahrensführung wird eine über die Längserstreckung des Nachreaktionsraumes gelenkte Umsetzung im gesamten Nachreaktionsraum erzielt, die zu übersichtlichen Betriebsverhältnissen führt, so da-ss von vornherein es leichter ist, die angestrebten Betriebskenngrössen, beispielsweise das Ternperaturprof i.l und in .Abhängigkeit davon die Zugabe an Vergasungsmitteln in optimaler Weise zu steuern. Insbesondere lassen sich auf diese Weise trotz einer hohen mittleren Temperatur

225841

— ο —

Uberhitzungen vermeiden, die zu Anbackungen und damit zu Betriebsstörungen führen können. Die Zuführung der Vergasungsmittel kann in der üblichen Weise erfolgen. Die Abstände zwischen den einzelnen Einblasebereichen oder -ebenen können konstant sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Vergasungsmittel in von unten nach oben grosser werdenden Abständen in den Nachreaktionsraum einzublasen, wobei es dann zwecks Erzielung einer von unten nach oben abnehmenden Vergasungsmittelmenge möglich, wenngleich nicht notwendig ist, die eingeblasene Vergasungsmittelmenge pro Bereich konstant zu halten.

Es ist möglich, den Vergasungsvorgang in der Wirbelschicht so zu betreiben, dass das oben aus der Wirbelschicht austretende Gas- und Feststoffgemisch im wesentlichen die Temperatur aufweist, die im Nachreaktionsraum bzw. im unteren Abschnitt desselben eingehalten werden soll. Es kann aber auch zweckmässig sein, die Vergasung im Wirbelbett so zu führen, dass das aus ihm austretende Gas- und Feststoffgemisch eine niedrigere Temperatur als die im Nachreaktionsraum bzw. im unteren Abschnitt desselben einzuhaltende Temperatur aufweist. Dabei kann durch entsprechend stärkere Zugabe von exotherm reagierendem Vergasungsmittel dicht oberhalb des Wirbelbettes zunächst eine Temperaturerhöhung auf das im Nachreaktionsraum einzuhaltende Temperaturniveau bewirkt werden. Es ist natürlich auch möglich, die Steigerung der Temperatur des aus dem Wirbelbett austretenden Gas- und Feststoffgemisches auf das im Nachreaktionsraum gewünschte Temperaturniveau in Stufen durchzuführen, so dass erst im Anschluss an einen weiter oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Einblasebereich das im verbleibenden Abschnitt des Nachreaktionsraumes einzuhaltende Temperaturniveau erreicht wird.

Die Zugabe der Vergasungsmittel in den einzelnen Einblasebereichen kann in Abhängigkeit von der dort jeweils festgestellten Temperatur gesteuert werden. Es ist auch möglich,

22 584

die Zugabe der Vergasungsmittel in Abhängigkeit von anderen Parametern, beispielsweise vom Kohlenstoffgehalt der Feststoffteilchen des den Nachreaktionsraum durchströmenden Gas-Feststoff-Gemisches zu steuern. Darüber hinaus besteht die an sich bekannte Möglichkeit, durch Zugabe von CaO und/ oder MgO oder Verbindungen die CaO und/oder MgO freisetzen, eine Heraufsetzung des Ascheschmelzpunktes zu bewirken.

Ausführungsbeispiele:

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 im Schema einen Längsschnitt durch einen

Wirbelbettreaktor mit daneben dargestelltem Temperaturprofil entlang der Längsachse des Reaktors,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung

eines anderen Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung

eines dritten Ausführungsbeispiels.

In den unteren .Bereich eines Wirbelbettreaktors 10 werden zu vergasender Brennstoff und ggf. Zuschlagsstoffe, die beispielsweise dazu dienen, den Ascheschmelzpunkt zu erhöhen, durch eine bei 12 angedeutete Zuführeinrichtung, die als Schnecke oder sonstwie in geeigneter Weise ausgebildet sein kann; eingebracht. Unter dem Einfluss von Vergasungsmitteln, die nahe dem unteren Ende bei 14 in den Wirbelbettreaktor eingeblasen werden, baut sich ein Wirbelbett 15 auf, dessen obere und untere Begrenzung 16 bzw. 17 bezeichnet sind. Unterhalb der unteren Begrenzung 17 befindet sich eine Schicht 18, deren zumindest überwiegend Asche enthaltende Teile durch eine am unteren Ende des Reaktors 10 befindliche Öffnung 19 ausgetragen werden.

Bei den die Wirbelung des, Bettes 15 bewirkenden Vergasungsmitteln kann es sich normalerweise um sauerstoffhaltige, a.lso eine exotherme Umsetzung bewirkende Vergasungsmittel,

- 8 - 2 2 5 8 A 1

und um Dampf und/oder CO-, also um eine endotherme Umsetzung bewirkende Vergasungsmittel handeln. Die Gase können über Düsen, von denen mehrere über den Umfang des Reaktors verteilt angeordnet sind, eingeblasen werden, wobei es möglich ist, endotherme Umsetzungen bewirkende Vergasungsmittel sowie exotherme Umsetzungen bewirkende Vergasungsmittel auch in zwei getrennten, z. B. übereinanderliegenden Bereichen oder Ebenen zuzuführen.

Es ist unvermeidbar, dass zumindest ein Teil der feineren Feststoffpartikel aus dem Wirbelbett 15 in den oberhalb desselben befindlichen Nachreaktionsraum 20 durch das nach oben strömende Gasgemisch mitgerissen wird. Bei letzterem handelt es sich einmal um die gasförmigen Umsetzungsprodukte aus dem Wirbelbett und zum anderen um Reste der nicht umgesetzten Vergasungsmittel, insbesondere Dampf. Die Feststoffpartikel enthalten noch Kohlenstoff, der innerhalb des Nachreaktionsraumes umgesetzt werden soll. Die dazu notwendige Wärme wird durch Verbrennen eines Teils der im Gasgemisch enthaltenen brennbaren Gase, im wesentlichen CO und H₂/ und eines Teils des kohlenstoffhaltigen Feststoffes zugeführt. Das dazu erforderliche Mittel, z. B. Sauerstoff, wird durch Leitungen und Düsen eingeblasen, die entlang der Längsachse des Reaktors verteilt oberhalb des Wirbelbettes 15 in den Nachreaktionsraum 20 münden und mit 21, 23, 25 und 27 bezeichnet sind. Auch hier gilt, dass jeweils mehrere Leitungen oder Düsen über den Umfang des Nachreaktionsraumes verteilt in diesen einmünden können. Weiterhin wird durch die Düsen. 21,.23, 25 und 27 Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum 20 eingeblasen. Dabei ist es möglich, exotherm reagierende Gase einerseits und endotherm reagierende Gase andererseits in Mischung oder aber auch durch getrennte Zuleitungssysteme und Düsen einzublasen. In dem in Fig. 1 neben dem Reaktor 10 dargestellten Temperaturprofil sind die Ebenen, in denen Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum 20 eingeführt werden,

- ⁹ - 2 2 5 8 4 1

durch gestrichelte Linien angedeutet, die an den den einzelnen Einblasebenen entsprechenden Leitungen bzw. Düsen zugeordneten Pfeilen enden.

Im Wirbelbett 15 baut sich aufgrund der exothermen Umsetzung der Kohle mit dem bei 14 zugeführten Vergasungsmittel verhältnismässig schnell eine hohe und gleichmässige Tempratur auf, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1050° C betragen soll. So ist es z. B. in einem weniger dichten Wirbelbett ohne weiteres möglich, eine Maximaltemperatur aufrechtzuerhalten, die nahe der durch den Ascheschmelzpunkt gegebenen Grenztemperatur liegt. Die erste Zuführung von Vergasungsmittel in den Nachreaktionsraum 20 hinein erfolgt über die Zuleitungen 21, die sich in verhältnismässig kurzem Abstand oberhalb der oberen Begrenzung 16 des Wirbelbettes 15 befindet. Bei Betrieb eines Reaktors mit höheren Gasgeschwindigkeiten im Wirbelbett wird ein grösserer Anteil Feinkorn in den Nachreaktionsraum mitgerissen. Dies kann somit gehen, dass die Grenze zwischen dem Wirbelbett einerseits und den im Nachreaktionsraum verteilten Feststoffteilchen andererseits nicht sehr scharf ist, der Unterschied bezüglich der Anzahl der Feststoffteilchen pro Volumeneinheit zwischen Wirbelbett einerseits und Nachreaktionsraum andererseits somit relativ gering ist. Ein Teil der das Wirbelbett verlassenden brennbaren Gase, vor allem E₀ und CO, sowie der Feststoffpartikel werden mit z. B. Sauerstoff des über die Zuleitungen 21 zugeführten Vergasungsmittelgemisches verbrannt. Dies hat eine entsprechende, von der Menge des Sauerstoffs und somit der Menge der verbrannten Gase sowie der kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel abhängige Temperatursteigerung bis zur oberen Temperatur von etwa 1100° C zur Folge, die im Scheitelbereich des Peaks 30 kurz oberhalb der Einblaseebene 21a erreicht wird. Diese zusätzliche Zufuhr von Wärme begünstigt die Umsetzung des Kohlenstoffs der im Nachreaktionsraum befindlichen Partikel mit der ebenfalls über Zuleitung 21 zugeführten -z.B.-

- IQ -

22584 1

- und Dampfmenge unter Bildung von CO und H~. Diese Vergasungsreaktion verbraucht Wärme, so dass im Zuge der Aufwärtsbewegung des Gasgemisches dieses wieder eine Herabsetzung seiner Temperatur erfährt. Es wird alsdann, sobald die Temperaturverringerung ein bestimmtes Mass überschritten hat - bei dem in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel bei Erreichen einer Temperatur von ca. 1050° C - durch die Zuführungsleitungen 23, 25, 27 erneut exotherm und endotherm reagierendes Vergasungsmittel'in den Nachreaktionsraum 20 in den Einblaseebenen 23a, 25a, 27a eingeblasen, wobei jeweils die geschilderte Reaktionsfolge eintritt.

Kurz vor der Austrittsöffnung 28 des Reaktors wird über Zuleitungen 40 in der Ebene 40a ein Quenchmittel in den Nachreaktionsraum gegeben, welches die Temperatur des Gases um etwa 80 bis 100° C herabsetzt, um auf diese Weise sicherzustellen, dass das den Reaktor verlassende Gasgemisch keine Feststoffteilchen enthält, deren Asche erweicht ist und Anbackungen in nachgeschalteten Leitungen verursachen könnte.

Aufgrund der Kohlenstoffumsetzung nimmt die Menge des festen Kohlenstoffes im Nachreaktionsraum 20 von unten nach oben ab, so dass demzufolge von unten nach oben auch weniger Vergasungsmittel für die Umsetzung benötigt werden. Dem wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. Γ dadurch Rechnung getragen, dass die Abstände zwischen den Einblaseebenen 21a, 23a, 25a und 27a von unten nach oben zunehmen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist die Temperatur innerhalb des Wirbelbettes 115 wesentlich tiefer als bei jenem gemäss Fig. 1· Sie liegt zwischen etwa 700 und 800° C. Somit ist die Zugabe von exotherm reagierendem Vergasungsmittel unmittelbar oberhalb der oberen Begrenzung Ί16 des Wirbelbettes 115 in der Einblaseebene 121a so zu bemessen, dass das aus dem Wirbelbett ausströmende Gas- und Feststoff-

2 2 5 8

gemisch eine merkliche Temperatursteigerung des auf die obere Temperatur des vom Peak 130 bis zum Peak 136 reichenden unterem Abschnittes gleichbleibend hoher Temperatur von ca. 1100° C erfährt. Die daran anschliessende Betriebsweise entspricht bis zur Einblaseebene 127a, d. h. bis zum Peak 136 im Prinzip der des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1, wobei allerdings die Zuleitungen 121, 123, 125, 127 einerseits und die Zuleitungen 142, 144 andererseits und demzufolge auch die zugehörigen Einblasebereiche bzw. -ebenen 121a, 123a, 125a, 127a, einerseits und die Einblasebereiche bzw. -ebenen 142a, 144a andererseits in im wesentlichen gleichbleibenden vertikalen Abständen voneinander angeordnet sind. D. h., dass die Abnahme der Zugabe der Vergasungsmittel von unten nach oben durch entsprechende Verringerung der Menge pro Einblaseebene bewirkt wird.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 sind sechs anstelle von vier Zuleitungen und Einblasebereiche vorhanden, wobei nach dem dem Einblasebereich 127a zugeordneten Peak 136 die mittlere Temperatur, die bis dahin 1075° C beträgt, um 40° C gesenkt wird, so dass bei einer Amplitude von 50° zwischen oberem und unterem Wert die Temperaturen im folgenden, in Strömungsrichtung 148 auf den Peak 136 folgenden Bereich zwischen 1010 und 1060° C schwanken. D. h., dass in diesem Abschnitt das gleichbleibend hohe Temperaturniveau gegenüber dem unteren Abschnitt etwas herabgesetzt ist, und zwar zwecks Anpassung an den in diesem Bereich noch im Nachreaktionsraum vorhandenen festen Kohlenstoff. D. h. , dass in beiden Bereichen jeweils die dafür optimalen Temperaturen eingestellt.werden.

Wie oben bereits erwähnt, kann bei Betrieb eines Wirbelbettreaktors mit höheren Gasgeschwindigkeiten ein grösserer Anteil Feinkorn in den Nachreaktionsraum mitgerissen werden, Die'.Menge dieses mitgerissenen Feinkorns kann in der Grössenordnung der Menge des frisch in den Wirbelbettreaktor eingetragenen kohlenstoffhaltigen Materials liegen oder

225

auch sehr viel grosser sein. Bei einer solchen Betriebsweise wird im allgemeinen das aus dem Produktgas ausgeschiedene Feinkorn, welches normalerweise noch Kohlenstoff enthält, zusätzlich zum frisch in den Reaktor eingeführten Kohlenstoff in das Wirbelbett, also in den Reaktor, zurückgeführt.

In diesem Fall ist es zweckmässig, das exotherm reagierende Vergasungsmittel in gleichen Mengen über die entlang der Längsachse des Nachreaktionsraums angeordneten Einblasebereiche einzublasen. Das Einblasen des endotherm reagierenden Vergasungsmittels entlang der Längsachse des Nachreaktionsraumes richtet sich nach der angestrebten gleichmässigen Umsetzung bei einem gleichmässigen Temperaturprofil. Dabei ist es so, dass von dem in den unteren Einblasebereich eingeblasenen endotherm reagierenden Vergasungsmittel in Abhängigkeit von der Konzentration des kohlenstoffhaltigen Materials im Nachreaktionsraum nur ein oder oder weniger grosser Teil umgesetzt wird, so dass an den oberen Einblasebereichea im Nachreaktionsraum das Verhältnis zwischen exotherm reagierenden und endotherm reagierenden Vergasungsmittelmengen konstant bleibt oder auch zunehmen kann. Bei dieser Verfahrensweise können die Einblasebereiche in den Nachreaktionsraum mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sein. Das aus dieser Verfahrensweise resultierende Temperaturprofil gibt ein gleichmässiges sägezahnförmiges Auf und Ab der Temperatur über die Länge des Nachreaktionsraumes.

Die vorbeschriebene Verfahrensweise ist im Zusammenhang mit dem in Fig. 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel möglich. Die Temperatur im Wirbelbett 215 entspricht etwa jener des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1, wenngleich auch die gemäss Fig. 2 möglich ist. Die Einblasebereiche 221 bis 227 sind in gleichbleibenden Abständen angeordnet. In sämtlichen Einblaseebenen 221a bis 227a werden die exotherm reagierenden Und die endotherm reagierenden Vergasungsmittel in konstanten Verhältnissen zu-

- 13 - 2 2 5 8 4 1

einander und gegebenenfalls auch in konstanten Mengen eingeblasen. Letzteres würde bedeuten, dass über sämtliche Einblasebereiche von unten nach oben gleiche Mengen an endotherm reagierenden und exotherm reagierenden Vergasungsmitteln eingeblasen werden. - Kurz vor der Austrittsöffnung 228 kann - wie bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1 und 2 - über eine Zuleitung 240 ein Quenchmittel zugeführt werden.

Unabhängig davon, ob die Temperatur des aus dem Wirbelbett austretenden Gas- und Feststoffgemisches bereits die im Nachreaktionsraum einzuhaltende Temperatur aufweist oder aber erst oberhalb des Wirbelbettes auf die im Nachreaktionsraum vorgesehe Temperatur gebracht wird, gilt für alle Ausführungsbeispiele, dass die Umsetzung der im Nachreaktionsraum befindlichen kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel so geführt werden soll, dass Wärmeverbrauch und Wärmezufuhr einander derart entsprechen, dass in den einzelnen Abschnitten eine möglichst konstantes Temperaturniveau aufrechterhalten bleibt oder - genauer gesagt - die Temperatur innerhalb des Nachreaktionsraumes bzw. der Abschnitte über dessen bzw. deren axiale Erstreckung um einen Mittlwert nur geringfügig nach beiden Seiten variiert, wobei die auftretende Maximaltemperatur ggf. dicht unterhalb der Temperaturgrenze liegt, bei welcher das Erweichen der Aschepartikel zu Schwierigkeiten, d. h. zu Anbackungen oder Bildungen von grösseren Agglomeraten führen könnte.

Selbstverständlich ist in sämtlichen Figuren der Zeichnung das Temperaturprofil idealisiert dargestellt. Der entscheidende Punkt ist der, dass die Temperaturschwankungen um eine mittlere Temperatur, die ihrerseits auch um ein geringes Ausmass schwanken kann, so klein wie möglich gehalten werden, wobei auch die Amplitude nicht über die gesamte Länge des Nachreaktionsraumes konstant zu sein braucht. Sie kann vielmehr entlang der Reaktorachse in Grenzen schwanken, also grosser oder kleiner werden.

Claims

2258Λ1

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettreaktors zum Vergasen von festem, kohlenstoffhaltigem Material unter Verwendung von exotherme und endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmitteln mit einem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Nachreaktionsraum/ der von dem aus dem Wirbelbett austretenden Gasgemisch und kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen durchströmt wird_t wobei Vergasungsmittel in. das Wirbelbett über mindestens drei entlang der Reaktorlängsachse angeordneten Ijjinblasebereichen in den Nachreaktionsraum eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittel entlang der Reaktorlängsachse derart verteilt in den Nachreaktionsraum eingeführt werden, dass oberhalb des Wirbelbettes ein oder mehrere möglichst gleichbleibende, hohe Temperaturniveaus entlang der Reaktorachse eingehalten werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die möglichst gleichbleibende hohe Temperatur im Nachreaktionsraum bzw. im oberen Abschnitt desselben bis kurz oberhalb des Bereiches eingehalten wird, in welchem die letzte Zuführung von Vergasungsmitteln vor dem Reaktorausgang erfolgt.

^f) i^s ΓΓΠ 1 Γ, Γ; A

2 5 8
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturniveau im oberen Abschnitt geringer ist als im unteren.
4. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der jeweils im Nachreaktionsraum in jedem Abschnitt zugegebenen Vergasungsmittel von unten nach oben abnimmt.
5.. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der jeweils im Nachreaktionsraum in jedem Abschnitt zuzugebenden Vergasungsmittel von unten nach oben konstant bleibt.
6. Verfahren 'nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des exotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels in jedem Abschnitt konstant gehalten wird.
7. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des exotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels in jedem Abschnitt von unten nach oben abnimmt.
8. Verfahren nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Menge des exotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels als auch die Menge des endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittels in jedem Abschnitt von unten nach oben, abnehmen.
9. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen exotherme-Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittel und endotherme Umsetzungen bewirkenden Vergasungsmittel in. jedem Abschnitt von unten nach oben zunimmt.
10. Verfahren, nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass -«las Verhältnis zwischen exotherme Umsetzungen bewirkendem Vergasungsmittel und endotherme Umsetzungen bewirkendem Vergasungsmittel in jedem Abschnitt von unten nach oben kon-

Ib

2 5 8

stant bleibt.
11. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittel in von unten nach oben grosser werdenden Abständen in den Nachreaktionsraum bzw. in die Abschnitte eingeführt werden.
12. Verfahren nach Punkt o, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Wirbelbett nach oben austretende Feststoff-Gas-Gemisch, eine Temperatur aufweist, die etwa gleich der Temperatur ist, die im Nachreaktionsraum bzw. in dem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Abschnitt desselben einzuhalten ist.
13. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Wirbelbett nach oben austretende Feststoff-Gas-Gemisch eine niedrigere Temperatur als die im Nachreaktionsraum bzw. in dem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Abschnitt einzuhaltende Temperatur aufweist und durch, entsprechende Zugabe von eine exotherme Umsetzung bewirkendem Vergasungsmittel dicht oberhalb des Wirbelbettes a,uf die im Nachreakt ions raum bzw. in dem oberhalb des Wirbelbettes befindlichen Abschnitt einzuhaltende Temperatur gebracht wird.
14. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass · die. Vergasungsmittel in wenigstens vier, Abstände voneinander aufweisenden Bereichen in den Nachreaktionsraum eingeführt werden.
15.. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittel in. wenigstens sechs Abstände, voneinander aufweisenden Bereichen in den Nachreaktionsraum eingeführt werden. . .

22584 1
16. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des eine exotherme Umsetzung bewirkenden Vergasungsmittels in den einzelnen Einblase-Bereichen in Abhängigkeit von der dort jeweils festgestellten Temperatur und/oder Feststoffgehalt gesteuert wird.
17. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe des eine endtherme Umsetzung bewirkenden Vergasungsmittels in den einzelnen Einblasebereichen in Abhängigkeit von dem dort jeweils vorhandenen kohlenstoffhaltigen Feststoff gesteuert wird.
18. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittel in im wesentlichen horizontalen Ebenen in den Nachreaktionsraum eingeblasen werden.

Hierzu.....J....Seiten Zeichnungen