DD267880A3 - Verfahren zur gemeinsamen vergasung von fluessigen und festen, staubfoermigen brennstoffen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von einem fluiden Medium suspendierten festen, staubfoermigen Brennstoff und aschehaltigen fluessigen Brennstoff in einem Vergasungsreaktor, der fuer die Partialoxidation fester, staubfoermiger Brennstoffe mit technischem Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf unter erhoehtem Druck in einer Flammenreaktion ausgelegt ist. Das Ziel der Erfindung ist eine wirtschaftlich guenstige und verbundwirtschaftlich flexible Vergasung brennbarer, aber aschehaltiger fluessiger Rueckstaende bei voller Gewaehrleistung der technischen Sicherheit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sicherheitstechnisch, regelungstechnisch und technologisch einfaches Verfahren zur Vergasung von brennbaren, aber aschehaltigen Rueckstaenden, vorzugsweise aschereichen Teeroel-Rueckstaenden der Kohleveredlung zu entwickeln. Erfindungsgemaess wird der aschehaltige fluessige Brennstoff separat und unabhaengig von dem (den) Brenner(n) so zusammen mit Wasserdampf ueber eine Zufuehrungseinrichtung dem Reaktionsraum zugefuehrt, dass der Wasserdampf eine Zerstaeubung des aschehaltigen fluessigen Brennstoffes herbeifuehrt und zugleich als Spuelmedium fuer die Zufuehrungseinrichtung dient, und dass der fuer die autotherme Partialoxidation des aschehaltigen fluessigen Brennstoffes benoetigte technische Sauerstoff gemeinsam mit den zur Vergasung des staubfoermigen Brennstoffes bestimmten Sauerstoff mittels einer gemeinsamen Sauerstoffdurchflussmessung und -regelung ueber den/die Kohlenstaubbrenner dem Vergasungsreaktor zugefuehrt wird. Fig. 1
Description
wobei gilt
*o (3)
XSoll
λΜ·χ * ~1Γ * 1/0
9 9
(4)
und das Verhältnis (Vo/M8)Max von einem übergeordneten Sicherheitssystem überwacht wird. Mf, M, Massenströme des aschehaltigen flüssigen und des festen, staubförmigen Brennstoffes LF/L, Theoretischersauerstoffbedarf des aschehaltigen flüssigen und des festen, staubförmigen
Brennstoffes V0 Maximal zulässiger Volumenstrom reiner Sauerstoff zudem (den)Brenner(n)
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von in einem fluiden Medium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und aschehaltigem, flüssigen Brennstoff in einem Vergasungsreaktor, der für die Partialoxidation fester, staubförmiger Brennstoffe mit technischem Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf unter erhöhtem Druck in einer Flammenreaktion ausgelegt ist.
-2- 267 880 Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bekannte Verfahren zur Herstellung von wasoerstoff- und kohlenmonoxidreichon Rohgasen durch aututherme Partialoxidatio.i flüssiger Brennstoffe mit Sauerstoff in einer Flammonreaktion sind beschrieben in ,Chemiker-Zeitung" 3 (1972), Selten 123 bis 134, .Chemical Economy and Engineering Review" 5 (1973), Soiten 22 bis 28, „Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 14 (1977) Seiton 395 bis 396 und in dor Patentschrift DE OS 3242699.
All diesen Verfahren ist gemeinsam, daß der flüssige Bronnstoff und der zur autothermen Partialoxidation des Brennstoffs benötigte technische Sauerstoff über einen oder mehrere Brenner einem durch feuerfestes Mauerwerk umgrenzten, freien Reaktionsraum innerhalb eines Reaktorgehäusos zugoführt werden, auch dann, wenn zwei verschiedene Brennstoffqualitäten, wie zum Beispiel Kohlenstaub und öl oder Erdgas und öl, in einem Reaktor vergast werden (OE-OS 3534015). Der Umsatz erfolgt als Flammenreaktion, wobei das glühondo feuerfeste Mauerwerk als pormanente Zündquelle wirkt. In Kohleveredlungsworken und Raffinerien fallen flüssige Kohlenwasserstoff-Rückstände mit hohen Gohalten an Staub und mineralischen Bestandteilen (Asche), wie staubhaltige Tee'rückstände oder Hydrierrückstände, an. Die Anwendung der oben genannten Verfahren für die Verwertung solchor aschehaltlger Rückstände ist problematisch, vielfach sogar unmöglich, weil die bei der Flammenreaktion entstehende flüssige Schlucke das feuerfeste Mauerwerk der Reaktoren infiltriert und dieses zerstört. Es sind zum Beispiel für die Vergasung fester, staubförmlger Brennstoffe mit technischem Sauerstoff nach dem Prinzip der Partialoxidation Renktoren bekannt, deren Reaktionsraumkontur gekühlt ist und beispielsweise aus wendelartig angeordneten, mit Druckwassor beaufschlagten Rohren bostoht, die reaktionsraumseitig bestiftet und mit einer dünnen Stampfmassenschicht belegt sind. Solche Reaktoren widerstehen dem Angriff flüssiger Schlacke. Die stark gekühlte Koaktionsraumkontur erfüllt jedoch nicht die Funktion einer permanenten Zündquollo, die nach kurzzeitigen Störungen in der Brennstoffzuführung eine sofortige Neuzündung und damit den gefahrlosen Weiterbetrieb sichern soll.
Flüssige Rückstände der Kohleveredlung oder Erdölverarbeitung fallen in schwankender Menge und mit schwankendet Qualität an. Es ist auch nicht auszuschließen, daß durch Entmischungen kurzzeitig ein Wasserpfropfen in der Zuleitung zu einer Verwertungseinrichtung gefördert wird. Die Verwendung eines Reaktors mit gekühlter Reaktionsraumkontur wäre deshalb mit einem sehr aufwendigen Sicherheitssystem insbesondere zur Überwachung der Qualität und des Mengenflusses des flüssigen, aschehaltigon Rückstandes auszurüsten, das zur Vermeidun·. gefährlicher Sauerstoff Jurchbrüche durch beispielsweise Qualitätsverschlechterung dos flüssigen, aschehaltigon Rückstandes schon bei relativ kurzzeitigen Abweichungen von der Norm zur Abschaltung der Anlago führen müßte.
In einem anderen Verfahren (DE-OS 2743865) zur Vorwortu'ig von Rückständen aus der Kohleverflüssigung wird aus diesen Rückständen in Gegenwart von Erdalkaliverbindungen zunächst Koks erzeugt, der dann mit Wasserdampf vergast wird. Eine solche Aufarbeitung des flüssigen Rückstandes ist, soweit überhaupt möglich, mit erheblichem Aufwand verbunden.
Das Ziel der Erfindung ist eine wirtschaftlich günstige und verbundwirtschaftlich flexible Vergasung brennbarer, aber aschehaltiger, flüssiger Rückstände bei voller Gewährleistung der technischen Sicherheit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sichorhoitstechnlsch, regelungstechnisch und technologisch einfaches Verfahren zur Vergasung von brennbaren, aber aschehaltigen Rückständen, vorzugsweise aschereichen Teeröl-Rückständen der Kohleveredlung zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die dargestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der aschereiche, flüssige Brennstoff einem Vergasungsreaktor zugeführt wird, dessen Reaktionsraum eine gekühlte Kontur aufweist und dem gleichzeitig durch mindestens einen Kohlonstaubbrennor ein in einem fluiden Medium suspendierter staubförmiger Brennstoff zusammen mit technischem Sauerstoff und gegebenenfalls Wassordampf zugeführt wird, und daß der aschehaltige, flüssige Brennstoff gemeinsam mit dem staubförmigen Bronnstoff nach dom Prinzip der autothermen Partialoxidation, vorzugsweise unter erhöhtem Druck von zum Beispiel 3,0 MPa vergast wird.
Erfindungsgcndli erfolgt die Zuführung des aschehaltigen, flüssigen Brennstoffes zum Vergasungsreaktor über eine separate, von dem/den Kohlestaubbrennern für die Zuführung dos staubförmigen Brennstoffes und des technischen Sauerstoffes unabhängige Zuführungs&inrichtung derart, daß der aschehaltige, flüssige Brennstoff mit Wasserdampf im Vergasungsreaktor zerstäubt wird und der Wasserdampf weiterhin als Spülmedium für die Zuführungseinrichtung für den aschehaltigen, flüssigen Brennstoff verwendet wird, wenn eier Vergasungsreaktor in Betrieb genommen wird oder wenn zwar in einem fluiden Trägermedium suspendierter fester, staubförmigor Brennstoff, nicht aoar aschehaltiger, flüssiger Brennstoff vergast werden soll.
Erfindungsgemäß wird der Zuführungseinrichtung für den aschehaltigen, flüssigen Brennstoff nur noch Wasserdampf, aber kein technischer Sauerstoff zugeführt. Der für dio Partialoxidation des aschehaltigen, flüssigen Brennstoffes benötigte technische Sauerstoff wird gemeinsam mit dem zur Vergasung des festen, staubförmigen Brennstoffes benötigten technischen Sauerstoff mittels einer gemeinsamen Sauerstoffmongenmessung und -regelung über den/die Kohlenstaubbre iner dem Vergasungsreaktor zugeführt.
Erfindungsgemäß müssen bei der gemeinsamen Vergasung von in einem fluiden Trägermedium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und aschehaltigem flüssigem Brennstoff aus Gründen der technischen Sicherheit folgende Bedingungen eingohalton werden:
'-Γ λ ο,
o.ll
* ι L
flax "'Ί-
0,30 S X5011S 0,50 (4)
<1,0 (5)
wobei das Verhältnis IVO/M,)M«» von einem übergeordneten Sicherheitssystem überwach, wird.
Bei Einhaltung dieser Bedingungen ist eine Verwertung aschehaltiger, flüssiger Rückstand? durch Vergasung bei voller Gewährleistung der technischen Sicherheit möglich, ohne daß die momentanen Meßwerte von Qualität und Mengenstrom des aschehaltigen, flüssigen Brennstoffes in das Sicherheitssystem eingebunden werden müssen. Ein für das Sicherheitssystem geeignetes Überwachungsverfahren der Qualität des aschehaltigen, flüssigen Brennstoffes müßte mit Totzeiten von maximal 1 s arbeiten, was allenfalls nur mit extrem hohem Aufwand erreichbar wäre.
Bei einem kurzzeitigen Ausfal! des aschehaltigen, flüssigen Brennstoffes (beispielsweise durch Förderung eines Wasserpfropfens) wird der füi die Vergamng des aschehaltigen, flüssigen Rückstandes bestimmte Sauerstoff voll durch den staubförmigen Brennstoff (unter Bildung von H2O und CO2) gebunden, ohne daß Sauerstoff in die dem Vergasungsreaktor nachgeschalteten Anlagen gelangen kann.
in einem Vergasungsreaktor 1, dessen Reaktionsraumkontur durch eine mit Druckwasser durchflossene Rohrwandkonstruktion 2 gebildet wird, die reaktionsraumseitig durch eine dünne Stampfmasserschicht geachützt wird, erfolgt die Vergasung von Braunkohlenstaub mit technischem Sauerstoff (xOj = 0,95) und Wasserdampf in einer Flammenreaktion unter Bedingungen der autothermen Partialoxidation bei Reaktionsraumtemperaturen von 1400 bis 18000C und bei einem Druck von 2,5 bis 3,0MPa (Cl) zu einem wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen Rohgas. Der mit Stickstoff fluidisiert ι Braunkohlenstaub, der einen mittleren theoretischen Sauerstoffbedarf von L, = 1,2m3 i.N./kg hat, der technische Sauerstoff und ι er Wasserdampf werden über einen Kohlenstaubbrenner 3 dem Reaktionsraum zugeführt. Der Kohlenstaubbrenner 3 ist für eine Leistung von 15 bis 30t/h Braunkohlenstaub, 8000 bis 16000m3 i. N./h technischem Sauerstoff und 1 bis 3t/h Wasserdampf ausgelegt. Aus verbundwirtschaftlichen Gründen ist es erforderlich, einen aschereichen Teeröl-Rückstand der Zusammensetzung
| C | 70-78 | Gew.-% |
| H | 8-10 | Gew.-% |
| O | 4-e | Gew.-% |
| S | 0,5-1 | Gew.-% |
| N | 0,5-1 | Gew.-% |
| H2O | 1-2 | Gew.-% |
| Asche | 5-15 | Gew.-% |
miteinem mittleren theoretischen Sauerstoffbedarf von Lf= 1,8m3 i.N./kg wechselnder Mengegemeinsam mit Kohlenstaubzuvergasen.
die Teerölmenge MF (F8) so einzuregulieren, daß der Wert XSon im Reaktionsraum im Bereich von XSon = 0,40 liegt. Zur
(F6) zu Kohlenstaubmenge (M1) (F7) maximal
. Le.
Γ:Ι0 / Max X0,
I1Ol r,i3i .f;
Dieser maximal zulässige Wert des Verhältnisses wird mittels Fr 9 von einem übergeordneten Sicherheitssystem 10 (Figur 1) überwacht.
Für das Betriebsrecime des Vergasungsreaktors wird ein Mengenverhältnis von technischem Sauerstoff und Braunkohlenstaub von 80% des sicherheitstechnisch zulässigen Maximalwertes (VO,/M,)M,X, also 0,80m31. N./kg festgelegt, woraus sich bei
Beachtung der Forderung
— -—if * ι >
ο LF λ Coll
ein maximal mögliches Mengenverhältnis von Teeröl zu Braunkohlenstaub von 0,39kg/kg ergibt.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind einige Beispiele für Betriebsvarianten dos Vergasungsreaktors jnter Beachtung der Leistung des Kohlonstau ibrenners dargestellt:
| Nr. | M, | MF | Vo, | Vo1 | Mf |
| (t/hl | [t/h] | |m3i.N./h] | M. | M1 | |
| (F7) | (F8) | (F6) | [m3i.N./kg| | (kg/kg] | |
| 1 | 15 | 0 | 8000 | 0,53 | 0 |
| 2 | 15 | 5,8 | 12000 | 0,80 | 0,39 |
| 3 | 18 | 3,8 | 12000 | 0,67 | 0,21 |
| 4 | 20 | 7,8 | 16000 | 0,80 | 0,39 |
| 5 | 25 | 4,5 | 16000 | 0,64 | 0,18 |
| β | 30 | 0 | 16000 | 0,63 | 0- |
In den Beispielen Nr. 1 und Nr. 6 wird die Zuführungsvorrichtung für Teeröl 4 (Figur 1) lur Gewährleistung der technologisch richtigen Strömungsrichtung nur mit Wasserdampf dor Menge F11 gespult.
Claims (2)
1. Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von einem in einem fluiden Medium suspendierten festen, staubförmigen Brennstoff und einem aschehaltigen flüssigen Brennstoff nach dem Prinzip der autothermen Partialoxidation unter erhöhtem Druck in einem Vergasungsreaktor mit gekühlter Roaktionsraumkontur, wobei der staubförmige Brennstoff und der technische Sauerstoff über mindestens einen Kohlenstaubbrenner in den Reaktionr.raum eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aschehaltige flüssige Brennstoff separat und unabhängig von dem (den) Brenner(n) so zusammen mit Wasserdampf über eine Zuführungseinrichtung dom Reaktionsraum zugeführt werden, daß der Wasserdampf eine Zerstäubung des aschehaltigen flüssigen Brennstoffes herbeiführt und zugleich als Spülmedium für die Zuführungseinrichtung dient, und daß der für die autotherme Partialoxidation des rschehaltigen flüssigen Brennstoffes benötigte technische Sauerstoff gemeinsam mit den zur Vergasung des staubförmigen Brennstoffes bestimmten Sauerstoff mittels einer gemeinsamen Sauerstoffdurchflußmessung und -regelung über den/die Kohlenstaubbrenner dem Vergasungsroaktor zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Vergasung von festem, staubförmigem Brennstoff und aschehaltigem, flüssigem Brennstoff unter den folgenden Bedingungen erfolgt:
(1)
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