DD200029A1

DD200029A1 - Verfahren fuer die festbettdruckvergasung

Info

Publication number: DD200029A1
Application number: DD23168281A
Authority: DD
Inventors: Bernd Meyer; Dieter Eidner; Wilhelm Hoppe; Guenther Knauf; Ralf Wollenberg
Original assignee: Bernd Meyer; Dieter Eidner; Wilhelm Hoppe; Guenther Knauf; Ralf Wollenberg
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die Festbettdruckvergasung zur Erzeugung von Brenngas aus Weichbraunkohle. Das Ziel der Erfindung ist die Leistungssteigerung der Gasgeneratoren bei der Festbettdruckvergasung. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, den Austrag von Staub und Dickteer aus dem Generator beim Einsatz von Weichbraunkohlen mit hoher Zerfallsneigung zu verhindern. Erfindungsgemaess wird der Vergasungsstoff dem Generator mit einem solchen Wassergehalt zugefuehrt, dass einerseits der Wasserdampftaupunkt des Rohgases mit Sicherheit in der oberen Schuettschicht des Generators erreicht und andererseits das Wasserrueckhaltevermoegen der oberen Schichten der Schuettung nicht ueberschritten wird, so dass die Ent- und Vergasungsvorgaenge im Generator durch den Waermeentzug fuer die Verdampfung des nicht durch Nutzung der fuehlbaren Waerme des Rohgases verdampfbaren Wassers nur in einem geringen Masse beeinflusst wird.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren für die Festbettdruckvergasung

Anwendungsgebiet der Erfindung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Festbettdruckvergasung zur Erzeugung von Brenngas aus Weichbraunkohle

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Vergasung von Weichbraunkohlen werden bei den technisch üblichen Generatorleistungen bis zu 15 M»-% des Einsatzstoffes in Form von teerhaltigern Staub mit dem Rohgas aus dem Druckgasgenerator ausgetragen. Dieser Austrag an kohlenstoffhaltiger Substanz mindert den Wirkungsgrad des Gesamt-Verfahrens und erfordert erheblichen zusätzlichen Aufwand. Eine der wesentlichsten Ursachen ist der starke Kornzerfall in der Trocken- und Schwelzone infolge hoher Gastemperaturen. So liegt die Rohgasaustrittstemperatur im Normalfall beim Einsatz von Vergasungsbriketts mit einem Wassergehalt von 20 - 22 l\,-% im Bereich von 6?0 bis 770 K. Neben, einer Reihe technologischer Maßnahmen, wie des Abzugs eines Teilstromes heißen Klargases aus dem Bereich der Vergasungszone (DD-119 814-) -oder die Realisierung gezielter Aufheizkurven im Generatoroberteil" durch Verwendung mehrerer separater Gasabgänge (DD-136 5^5) sucht man die hohen Gastemperaturen durch verschiedene Varianten der direkten Kühlung, wie die Eindüsung von Wasser in die obe- ren Zonen der Generatorscliüttung, die Erhöhung des mittleren Wassergehaltes des Einsatzstoff es und die Verdüsung von V/asser im Gassammeiraum zu eliminieren. Dabei hat sich jedoch das unmittelbare Einbringen von Kaltwasser in deii Generator als we-

nig v/irksam und zudem als unwirtschaftlich erwiesen»

Die Erhöhung des mittleren Wassergehaltes im eingebrachten Vergasungsstoff kann auf verschiedene Weise erfolgen. Dabei ist der Vorschlag gemäß Patentschrift DD-136 852, im Fall der Brikettvergasung eine bestimmte Menge ungetrockneter Siebkohle mit Wassergehalten über 50 lU-% zuzumischen, als realisierbar und zweckmäßig zu bewerten. Der zuzumischende Siebkohleanteil ist nach o_e g* Patentschrift so zu begrenzen, daß der Wasserdampf taupunkt unter den gegebenen Bedingungen nicht erreicht wird» Die vorgeschlagene Verfahrensweise setzt zunächst eine Brikettvergasung voraus und ist damit in ihrem Anwendungsbereich eingeschränkt. Die Frage des in kondensierender Form im Rohgas anfallenden Teeres bleibt unberücksichtigt. Daneben existieren Vorschläge, den mittleren Viassergehalt durch Einsatz teilentwässerter Siebkohle auf vorgegebene Werte anzuheben» Diese Warte sind erfindungsgemäß so berechnet, daß entweder keine Wasserkondensation im Generatoroberteil erfolgt (DD-PS 120 04-3) oder daß unter dem Aspekt einer teerarmen Fahrweise der Wasserdampf-Taupunkt beliebig weit überfahren wird (Patentschrift im Druck). Beide Varianten sind technisch nicht oder nur bedingt realisierbar. Bei Vermeidung einer Wasserdampfkondensation im erstgenannten Fall führt der ausgetragene Teer in Verbindung mit Staub zu Versetzungen im Bereich des Generatoroberteiles, während ein zu starker Anfall von Kondensatwasser durch ungleichmäßigen Abfluß innerhalb der Kohleschüttung in flüssiger Form bis in den Bereich der Vergasungszone gelangt und dort betriebsstörende Unregelmäßigkeiten hervorruft» Technische Lösungen zur Abtrennung abfließenden Wassers innerhalb einer.Generatorschüttung sind bisher unbekannt'. ''. · · ν ' ' · , ' ."· ·'

Auf Grund der o» g. Einschränkungen konnte bisher in der technischen Praxis der Wassergehalt im Vergasungsstoff nur soweit, angehoben werden, daß der .jeweilige Teertaupunkt nicht erreicht und jede- Kondensatiohserscheinung im Generatorobsr-tcil vermieden wurde« Die betreffende Grenztemperatur liegt üblicherweiseim Bereich von 620 K. Eine entscheidende Verminde-

rung des Staubaustrages konnte mit dieser Fahrv/eise nicht erreicht v/erden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Leistungssteigerung der Gasgeneratoren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das den Austrag von Staub und Dickteer aus dem Generator beim Einsatz, von Weichbraunkohlen .mit hoher Zerfallsneigung verhindert.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß trotz weiter abzusenkender Gasaustrittstemperaturen weder der den Staubaustrag bewirkende Kornzerfall noch der Austrag von Teerbestandteilen ausgeschlossen v/erden können. Damit hat die vorzuschlagende Lösung

- die Staubabscheidung innerhalb der Schüttung im Generatoroberteil und ihre Rückführung in die Vergasungszone

- die Beherrschung der Versetzungsgefahr im Generatoroberteil durch anbackende Teer- und Staubbestandteile

einzuschließen. Beide Probleme werden gleichzeitig durch eine gezielte Unterschreitung der Kondensationstemperatur sowohl des Teeres als auch des Wasserdampfes im Generatoroberteil beherrschbar.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß der Wassergehalt des dem Generator zugefiüirtea Vergasungsstoffes innerhalb eines bestimmten Wassergehaltsbereiches so eingestellt "'wird, daß einerseits das.im'Generator erzeugte Rohgas in·.' der oberen Schüttschicht den Wasserdampftaupunkt mit ausreichender Sicherheit erreicht (untere Wassergehaltsgrenze) und daß andererseits eine Kohlebafeuchtung nur so weit erfolgt, daß das Wasserrückhaltevernörjen der oberen Schichten' der Schüttung nicht überschritten wird (obere Wassergehaltsgrenze) .

Da äer Teertaupunkt oberhalb des Wasserdampftaupunktos liegt, scheiden sich unter diesen Bedingungen die höher siedenden Teerbestandteile bereits in den mittleren Bereichen der Kohleschüttung ab, wobei ein wesentlicher Teil des· im Rohgasstrom enthaltenen Feinkornes gebunden wird. Durch die Abwärtsbewegung der Brennstoffschüttung gelangt dieses Staub/Dickteergemisch in die Vergasungszone zurück und wird in Gas', Kohlenstoff und leichtere Kohlenstoffe gewandelt. Damit verringert sich der technisch schwer beherrschbare Staub/Dickteeranteil im Rohgasstrom entscheidend.

Durch Einstellung, des Wasserdampftaupunktes im Oberteil der . Schüttung wird die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes, bestehend aus Wasser und Dünnteer, auf den Kohleknorpeln erreicht, der die weitestgehende Abscheidung des vom Gas mitgeführten Reststaubes sichert.

Durch die Absenkung der Gasaustrittstemperatur 121 den Bereich des Wasserdampftaupunktes wird eine schonende Behandlung des Einsatzstoffes erreicht und damit die Bildung von Feinkorn gering gehalten.

Der Effekt der Staubbindung vergleichmäßigt darüberhinaus die Durchströmung der Schüttung und bewirkt ebenso wie die Schüttgutbefeuchtung, daß die Grenzkorngröße für den Austrag von Kohlefeinkorn erhöht wird und daß damit feinere Knorpelfrak-' tionen der Vergasung zugeführt werden können. Damit verbessern sich sowohl die Wasserrückhaltung als auch die Staubabscheidung. Die Abführung des Rohgases ist problemlos, da das kondensierende Wasser reinigend wirkt und die kondensierten Bestandteile des Dünnteers sowie den Feinstaub ständig fortspült«. Die Unter schr'eitung' des Wasser dampf taupunkt es ist damit wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung.

Umgekehrt ist die obere Wassergehaltsgrenze, die durch die Kornstruktur der Schüttung bestimmt ist, in keinem Fall 2U überschreiten. Andernfalls tritt ein unkontrollierbarer Kondensat-.flußbis in den Bereich der Vergasungszone ein, der su Betriebsstörungen führte. Damit sind erfindungsgemäß die Bedin-

gungen fixiert, unter denen eine wesentliche Absenkung der Gasaustrittstemperatur mit gleichzeitiger Verminderung des Staub/Dickteeranstieges realisierbar sind.

Die Einstellung des zur Erreichung des Wasserdampftaupunktes erforderlichen Wassergehaltsbereiches des Vergasungsstoffes kann durch Mischen von Briketts oder Trockenkohleknorpeln mit Rohkohleknorpeln im entsprechenden Verhältnis oder durch eine geeignete Steuerung des Trocknungsprozesses in der Kohlevorbereitung erfolgen.

Generell besteht das Ziel, die unteren Wassergehaltsgrenze im Prozeß anzusteuern, urn die Beeinträchtigung des Wärmehaushaltes in der Ent- und Vergasungszone durch eine liachverdampfung so gering wie möglich zu halten. Als Indikator für eine Prozeßbeeinträchtigung wird der Anstieg des CO_-Gehaltes im Rohgas meßtechnisch erfaßt.

Hinsichtlich der Versetzung des Rohgasweges ist es problematisch, wenn der Taupunkt des Rohgases in der Schüttung bei bestimmten Betriebszuständen nicht erreicht wird. Solche Zustände können kurzzeitig, z. B. bei An- und Abfahrvorgängen, starken Laständerungen sowie Bekohlungs- und Entaschungsstörungen des Generators, auftreten. Sie können mit Hilfe der Rohgastemperatur meßtechnisch zuverlässig erfaßt werden. Zur schnellen Wiedereinstellung des Taupunktes wird die Schüttung im Generatoroberteil kurzzzeitig mit einer geringen Wassermenge bed.üst. Die Wasserzuführung wird in Abhängigkeit von der Rohgastemperatur gesteuert.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, werden:. .. " · _ ·

Die' Rohbraunkohle mit einer Körnung von 5-60 mm und mit einem Wassergehalt von 55 Vl»~% wird mit Braunkohlenbriketts mit einem Wassergehalt von 20 l-U-fo in einem Hasseverhältnis gemischt, das. zwischen 1,7 : 1 und 2_S5 : 1, entsprechend Mischungs-Wassergehalten von 42 - 45- M.-fS, liegt.

Die Mischung wird einem Druckgasgenerator mit einem Druck von 2j6 MPa zugeführt und'mit einem Vergasungsmittel mit einem

Dampf-Sauerstoff-Verhältnis von 7>5 kg/m idi» vergast«, Bei der Abkühlung des aus der Vergasungszone austretenden heißen Rohgases bis zum Taupunkt von ca. 4-70 K wird im Gegenstrom zur Kohle eine Wärmemenge frei, die eine Aufheizung und vollständige Verdampfungs-trocknung der Kohle bis zu einem rechnerisch ermittelten Wassergehalt von etwa 4-2 %, d. h. bis zur unteren Wassergehaltsgrenze, erlaubt. Bei diesem Ausgangs-'wassergehalt würde die Vergasungskohle wasserfrei in die Entgasungszone eintreten und das Rohgas würde bei Austritt aus dem Kohlebett gerade wasserdampfgesättigt sein.

Infolge.des bis zu 3. M.~% höheren Wassergehaltes der eingesetzten Kohle wird der Taupunkt des Rohgases in den oberen Schichten der Schüttung im normalen Betriebszustand mit Sicherheit erreicht, und es bildet sich ein Wasserfilm aus. Dieser wird infolge des Wasserrückhaltevermögens von der Kohleßchüttung gehalten, ohne daß Wasser in die tieferen Schichten der Schüttung abläuft. In Abhängigkeit vorn Eintrittswassergehalt wird der Taupunkt innerhalb der Schüttung in unterschiedlicher Höhe erreicht. Bei einer Erhöhung des Wassergehaltes der Einsatzkohle von 4-2 auf 4-5 M»-/£ ist mit einem Anstieg des durchschnittlichen CO„-Gehaltes des trockenen Rohgases von 38 auf 39 Vol.-% und mit einem Anstieg des durchschnittlichen spezifischen Sauerstoffbedarfes bezüglich eines Kubikmeters

3 3 trockenen Rohgases von 0,14- auf 0,15 in i «IT./mi.N. zu rechnen.

Dies ist als eine nur sehr geringfügige Beeinträchtigung des endothermen Vergasungsprozesses zu bewerten« Generell ist ein gemessener Anstieg des CO„-Gehaltes von 1 bis 2 Vo'l.-$> (absolut) zulässig.

Die Präzisierung .des Misphtingswasser-gehalt.es .der einzusetzenden· Kohlemischung mit dem Ziel, die untere Wassergehaltsgrenze anzufahren, erfolgt anhand des Meßwertvergleiches für folgende Sollwerte des Rohgases:

durchschnittlicher CO_?-Gehalt: 38 VoI <-/5 Taupunkttemperatur: . . . 4-7O- 4-72 K Steigt in Ausnahmefällen die Rohgastemperatur plötzlich an, so wird die Schüttung.im Oberteil des Generators mit einer ge-

ringen Wassermenge von ca. 0,5 m /h kurzzeitig bedüst, bis der Taupunkt wieder erreicht ist.

Infolge der Temperaturabsenkung bis zum Taupunkt in den oberen Schichten der Schüttung wird der Austrag von Staub und Dickteer aus dem Druckgasgenerator verhindert. Die Staubbindung bewirkt eine Vergleichmäßigung der Schüttgutdurchströmung und damit der Prozeßabläuie im Generatoroberteil.

Von diesen Maßnahmen ist die Erhöhung des mittleren Wassergehaltes des Vergasungsstoffes die wirksamste, weil bei den anderen Maßnahmen die gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf der Oberfläche der Schüttung oder in der Schüttung ' nur sehr unvollkommen zu erreichen ist.

Claims

Erfindungsansprüche

1. Verfahren für die Festbettdruckver-gasung von Weichbraunkohle dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsstoff dem Generator mit einem solchen Wassergehalt zugeführt wird, daß einerseits der Wasserdampftaupunkt des Rohgases mit Sicherheit in der. oberen Schüttschicht des Generators erreicht wird und andererseits das Wasserrückhaltevermögen der oberen Schichten der Schüttung nicht überschritten wird, so daß der Ablauf der Ent- und Vergasungsvorgänge im Generator durch den Wärmeentzug für die Verdampfung des nicht durch Nutzung der fühlbaren Wärme des Rohgases verdampfbaren Wassers nur in einem geringem Maße beeinflußt wird und daß als Indikator für die Beeinflussung der Ent- und Vergasungsvorgänge der CO_?-Gehalt des Rohgases genutzt wird, der maximal 1-2 VoI,-^ (absolut) oberhalb der ohne Wasserdampftaupunktsunterschreitung üblichen Vierte liegen darf.

2. Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Wassergehalt durch Mischung von Rohbraunkohle und Briketts oder Trockenknorpeln oder durch ein geeignetes Trocknungsverfahren eingestellt wird.

3» Verfahren nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß - bei-kurzzeitiger'Überschiei-tung des Wasserdampftaupunktes· .. .· in der oberen Schicht der Schüttung des Generators durch Eindüsung von V/asser eine Abkühlung des Rohgases auf den Wasserdampftaupunkt realisiert wird.