DE3228532A1

DE3228532A1 - Verfahren zur verschwelung und vergasung von kohlenstoffhaltigen feststoffen

Info

Publication number: DE3228532A1
Application number: DE19823228532
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 8011 Aschheim Reuter; Rüdiger Dr.rer.nat. 8000 München Schmidt; Peter Dr.rer.nat. 8011 Hohenlinden Stadler; Franz 8000 München Steininger
Original assignee: Babcock Krauss Maffei Industrieanlagen GmbH; BKMI Industrieanlagen GmbH
Current assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1984-02-02

Description

Verfahren zur Verschwelung und Vergasung von
kohlenstoffhaltigen Feststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirbelschicht-Verschwelung und -Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen, wobei zur Vergasung der Feststoffe Wasserdampf in die Wirbelschicht eingeführt wird.
Ein derartiges Verfahren ist unter dem Namen Winkler-Verfahren bereits seit längerer Zeit zur Kohlevergasung bekannt (vgl. Franck/Knob, Kohleveredelung, Springer-Verlag 1979, S,162), Hierbei kann jedoch nur sehr reaktionsfähige Kohle eingesetzt werden, die eine Korngröße von 1 bis 10 mm besitzen und bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 8 bis 10% getrocknet werden muß. Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht daher in dem für die Aufbereitung der Kohle erforderlichen Aufwand. Ungünstig ist ferner, daß die Luftzufuhr, die für die vorgesehene direkte Beheizung der zur Verschwelung und Vergasung dienenden Wirbelschicht notwendig ist, eine starke Verdünnung und damit einen ziemlich schlechten Heizwert des Vergasungsproduktes mit sich bringt.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens in den letzten Jahren führte zur Hochtempveratur-Druckvergasung von Kohle in der Wirbelschicht (vgl. Chemie-Technik 11 (1982), 5.93-98). Hierbei erfolgt die Kohlevergasung in einer Wirbelschicht unter einem Vergasungsdruck von etwa 10 bar, wobei der mit einer feuerfesten Ausmauerung ausgekleidete Hochdruckreak- tor direkt (durch unterstöchiometrische Teilverbrennung) beheizt ist. Nachteilig ist bei diesem Verfahren vor allem der durch die Hochdruck-Hochtemperatur-Bedingungen erforderliche hohe anlagentechnische Aufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Mängel ein neues Verfahren zu schaffen, das mit einfachen anlagentechnischen Mitteln eine Verschwelung und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen aller Art ohne aufwendige vorherige Aufbereitung und mit einer leichten Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen gestattet und das dabei zu einem Vergasungsprodukt von hohem Heizwert führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: a) Den kohlenstoffhaltigen Feststoffen werden sauerstoffhaltige Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle beigegeben; b) zumindest ein Teil der zur Vergasung erforderlichm Wärmeenergie wird durch indirekte Beheizung der Vergasungszone zugeführt.
Werden den kohlenstoffhaltigen Feststoffen sauerstoffhaltige Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle beigegeben, so stellen sich eine Reihe vor teilhafter Wirkungen ein, zu denen vor allem eine katalytische Wirkung dieser Zuschlagstoffe in der Wirbelschicht gehört. Durch diese Zuschlagstoffe wird insbesondere die sich bei der Vergasung einstellende Wassergasreaktion katalytisch so beeinflußt, daß sich eine wesentliche Erniedrigung der notwendigen Vergasungstemperatur ergibt.
Diese Erniedrigung der Vergasungstemperatur ermöglicht es, auf eine feuerfeste Ausmauerung des Wirbelschichtreaktors zu verzichten und eine indirekte Beheizung der Vergasungszone (am Boden und/oder an der Umfangswand) vorzusehen. Eine solche indirekte Beheizung der Vergasungszone bringt den groBen Vorteil mit sich, daß das Vergasungsprodukt nicht durch das zur Beheizung benötigte gasförmige Medium verdünnt wIrd. Auf diese Weise wird ein besonders hoher Heizwert des Vergasungsproduktes erreicht.
Außer der katalytischen Wirkung (die vor allem eine Erniedrigung der Vergasungstemperatur mit den vorstehend genannten weiteren Vorteilen zur Folge hat) ergeben sich durch die Beigabe sauerstoffhaltiger Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle noch andere Vorteile. So stellt man hierbei eine wesentliche Erhöhung der Ausbeute an Schwelgas und Teer bei der Schwelung und gleichzeitig eine Abnahme des Kondenswasservolumens fest. Dieser erwünschte Effekt kann darauf beruhen, daß - der Schwellung teilweise verlagert - eine Vergasung des bereits gebildeten Schwelkokses mit der Eigenfeuchte der kohlenstoffhaltigen Feststoffe und mit dem bei der Pyrolyse entstehenden Spaltwasser auftritt. Durch die Zugabe der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle werden ferner Schadstoffe (besonders Schwefelverbindungen, aber auch Halogenwasserstoffsäuren) eingebunden und verbleiben im festen Rückstand. Ebenso werden Phenole, die bei der thermischen Kohleaufbereitung als sauer wirkende organische Verbindungen entstehen, von den basischen Stoffen in die nicht flüchtigen Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle überführt. Sie verbleiben als Feststoffe längere Zeit im unteren Bereich der Wirbelschicht und werden dadurch weitgehend gecrackt. Diese toxisch wirkenden Phenole gelangen somit nicht in das Kondensat der Gaswäsche. Auch der gasförmige Austrag an hochtoxischen sauer-Cyanidverbindungen wird durch deren Reaktion mit den stoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle stark eingeschränkt.
Gemäß einer ersten zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verschwelung und die Vergasung in zwei übereinander angeordneten Zonen eines einzigen, indirekt beheizten Wirbelschichtreaktors durchgeführt, wobei das in der Vergasungszone entstehende Vergasungsprodukt zugleich das Fluidisierungsmedium für die darüber angeordnete Schwelzone bildet und das aus Schwelgas und Vergasungsprodukt bestehende Mischgas aus dem oberen Teil des Reaktors abgezogen wird. Dieses Verfahren zeichnet sich durch einen besonders hohen Heizwert des (nicht durch Rauchgase verdünnten) Vergasungsproduktes aus, ferner durch eine sehr raumsparende Bauweise des Reaktors.
Bei einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens-wird die Verschwelung in einem durch unterstöchiometrische Verbrennung direkt beheizten Wirbel- schichtreaktor und die Vergasung in einem indirekt beheizten Wirbelschichtreaktor durchgeführt, wobei das aus der Schwelzone abgezogene Schwelgas zumindest einen Teil des Fluidisierungsmediums für die Vergasungszone bildet. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt in der besonders einfachen Bauweise des für die Verschwelung verwendeten, direkt beheizten Wirbelschichtreaktors. Dabei ist es auch möglich, mehrere derartige zur Verschwelung dienende, direkt beheizte Wirbelschichtreaktoren auf einen gemeinsamen, zur Vergasung dienenden, indirekt beheizten Wirbelschichtreaktor arbeiten zu lassen.
Sollen kohlenstoffhaltige Fest stoffe hoher Eigenfeuchte (etwa ungetrocknete Braunkohle oder Torf mit hohem.
Wassergehalt) getrocknet, verschwelt und vergast werden, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schwelzone eine gesonderte Trocknungszone vorgeschaltet ist und die bei der Trocknung der kohlenstoffhaltigen Feststoffe entstehenden wasserdampfhaltigen Brüden zumindest einen Teil des der Vergasungszone zugeführten Fluidisierungsmediums bilden. Da diese Brüden einen hohen Wasserdampfgehalt aufweisen, muß - wenn überhaupt - nur noch eine zum stöchiometrischen Umsatz notwendige, verhältnismäßig kleine Restmenge an Wasserdampf zusätzlich in die Vergasungszone eingeführt werden. Die Verwendung der in der Trocknungszone anfallenden Brüden als Fluidisierungs- und Vergasu-ngsmedium der Vergasungszone ergibt somit eine wesentliche Energieersparnis.
Die Zufuhr von Wasserdampf wird zweckmäßig derart geregelt, daß sich in der Vergasungszone ein Uberdruck bis 5 bar, vorzugsweise zwischen 300 und 1000 mm WS, einstellt. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich nämlich gezeigt, daß in diesem Bereich eines leichten Bergdruckes das Optimum der Vergasungsreaktion liegt. Innerhalb dieses Druckbereiches kann einerseits der Wasserdampf in ausreichendem Maße an und in die Kohle diffundieren, während andererseits die Reaktionsprodukte aus der Kohle herausdiffundieren können. Für beide Vorgänge bestehen in der Wirbelschicht ideale Voraussetzungen.
In der Schwelzone und in der Vergasungszone wird zweckmäßig eine Temperatur zwischen 600 und 800"C, vorzugsweise zwischen 650 und 7500C, eingestellt.
Diese verhältnismäßig niedrige Reaktionstemperatur wird vor allem durch die zugegebenen sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle ermöglicht. Die Erniedrigunglder in der Vergasungszone einzuhaltenden Temperatur ist auch im Hinblick auf eine Verwendung der in der Trocknungszone ausgetriebenen Brüden als Fluidisierungs- und Vergasungsmittel der Vergasungszone von Vorteil. Auf diese Weise brauchen nämlich die Brüden in der Vergasungszone nur wesentlich weniger aufgeheizt zu werden, was eine beträchtliche Energieersparnis ergibt.
Zweckmäßig werden den kohlenstoffhaltigen Feststoffen 1 bis 7,5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew,-%, an sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkal-imetalle beigegeben. Geeignet sind vor allem Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und/oder Calciumoxid, die jeweils in feinkörniger Form beigegeben werden.
ein Zumindest / Teil der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle wird den kohlenstoffhaltigen Feststoffen bereits vor ihrer Aufgabe in die Schwelzone, vorzugsweise in einer vorgeschalteten Trocknungszone beigegeben. Dadurch wird eine gute Vermischung dieser Zuschlagstoffe mit den kohlenstoffhaltigen Feststoffen erreicht, ehe diese in die Schwelzone und dann in die Vergasungszone gelangen.
Um die Betriebsbedingungen den jeweiligen Verhältnissen optimal anzupassen und insbesondere bei einer Änderung des Aufgabemateriales innerhalb der gewünschten Grenzen des Schadstoffgehaltes der Abgase zu bleiben, kann erfindungsgemäß ein Teil der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkali metalle den kohlenstoffhaltigen Feststoffen erst in der Vergasungszone beigegeben werden. Die in der Wirbelschicht auftretende intensive Reaktion gewährleistet eine schnelle Anpassung des Verfahrens an wechselnde Betriebsbedingungen.
Zusätzlich zu den sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle können erfindungsgemäß den kohlenstoffhaltigen Feststoffen auch sauerstoffhaltige Eisenverbindungen und/oder Eisenschrott beigegeben werden.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im gusanunenhang mit der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig.1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Anlage gemäß Fig.1 enthält einen indirekt beheizten Wirbelschichtreaktor 1, in dem übereinander eine Wirbelschicht-Schwelzone 2 und eine Wirbelschicht-Vergasungszone 3 angeordnet sind. Dem Reaktor 1 ist ein Herdofen 4 vorgeschaltet, in dem sich eine Trocknungszone 5 befindet. Der Herdofen 5 steht über eine Gutleitung 6 mit Materialschleuse 7 mit der Schwelzone 2 des Reaktors 1 in Verbindung.
Die Wirbelschicht-Schwelzone 2 stützt sich auf einem Siebboden 8 und die Vergasungszone 3 auf einem Siebboden 9 ab. Beide Siebböden 8, 9 sind ebenso wie der Mantel 10 des Reaktors 1 indirekt beheizt.
Der Schwelkoks gelangt aus der Schwelzone 2 über eine mit geeigneten Fördereinlrichtungen 11, 12 und einer Materialschleuse 13 versehene Gutleitung 14, in die Vergasungszone 3. Der Ascheaustrag aus der Vergasungszone 3 erfolgt durch eine Fördereinrichtung 15.
Dem Reaktor 1 ist ein Abscheider 16 nachgeschaltet.
Der darin abgeschiedene Staub wird über eine Leitung 17 der Vergasungszone 3 zugeführt.
Das im Abscheider 16 entstaubte Gas gelangt in eine Brennkammer 18 (der bei 19 Luft zugeführt wird).
Ein Teil der in der Brennkammer 18 erzeugten Rauch- gase wird über die Leitungen 20, 21 dem Reaktor 1 zugeführt und dient zur indirekten Beheizung der Siebböden 8, 9 und des Mantels 10. Nach Beheizung des Reaktors 1 gelangen die Heißgase über einen Wärmetauscher 22 zum Herdofen 4. Im Wärmetauscher 22 wird die Luft für die Brennkammer 18 vorgewärmt.
Der übrige Teil der aus der Brennkammer 18 austretenden Rauchgase wird über die Leitung 23 einem Wärmetauscher 24 zugeführt.
Die in der Trocknungszone 5 entstehenden Brüden gelangen über eine Leitung 25 als Fluidisierungsmedium in die Vergasungszone 3. Außerdem wird der Vergasungszone 3 zusätzlicher Dampf (bei 26) sowie ein Teil des im Abscheider 16 entstaubtcn Mischgases (Leitung 27) zugeführt.
Die zu verschwelenden und zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Feststoffe werden - zweckmäßig zusammen mit den sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle - dem Herdofen 4 bei 28 zugesetzt.
Ein Teil der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle kann gesondert in die Vergasungszone 3 eingeführt werden.
Wie sich aus Fig.1 ergibt, bildet das in der Vergasungszone 3 entstehende Vergasungsprodukt (Pfeile 29) zugleich das Fluidisierungsmedium für die darüber angeordnete Schwelzone 2. Das Mischgas (Pfeile 30) wird aus dem oberen Teil des Reaktors 1 abgezogen. Ein Teil dieses Mischgases gelangt über die Leitung 27 als Fluidisierungsmedium in die Vergasungszone 3 (nach Aufheizung in einem Wärmetauscher 20a).
Verfahrenstechnische Einzelheiten einer möglichen Betriebsweise der Anlage gemäß Fig.1 ergeben sich aus einem später erläuterten Beispiel.
In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Sie enthält einen durch unterstöchiometrische Verbrennung direkt beheizten Wirbelschichtreaktjor 31, der eine Schwelzone 32 bildet, sowie einen indirekt beheizten Wirbelschichtreaktor 33 mit einer Vergasungszone 34. Die Zeichnung ist dabei ganz schematisch gehalten; die Reaktoren 31, 33 werden bei einer praktischen Ausführung in der Regel ganz nahe benachbart angeordnet, evtl. zu einer einzigen Baueinheit verbunden.
Der Schwelzone 32 ist eine Trocknungszone 35 vorgeschaltet, die in gleichartiger Weise wie bei Fig.1 aufgebaut und daher nicht näher erläutert ist.
An den Reaktor 31 ist ferner eine Brennkammer 36 angeschlossen, der über eine Leitung 37 Schwelgas und über eine Leitung 38 vorgewärmte Luft zugeführt wird.
Der obere Bereich des Reaktors 31 ist über eine Leitung 39 mit einem Abscheider 40 verbunden. Das im Abscheider 40 entstaubte Schwelgas wird über eine Leitung 41 einer nicht dargestellten Brennkammer zugeführt Ein Teil des aus dem Abscheider 40 abgezogenen Schwelgases wird über eine Leitung 42 und ein Stellglied 43 nach Aufheizung in einem Wärmetauscher 56 einerseits der Brennkammer 36 zugeleitet und andererseits (über eine Leitung 44) als Fluidisierungsmedium dem Reaktor 53. Der Wirbelschichtreaktor 33 erhält Pluidisierungsmedium außerdem über die Leitung 45 (Brüden von der Trocknungszone 35), ferner in Form von zusätzlichem Dampf (Leitung 46).
Der aus der Schwelzone 32 beispielsweise über einen höhenverstellbaren Uberlauf 47 abgezogene Schwelkoks gelangt über eine Leitung 48 (die in einer einfachen Schurre bestehen kann) in die Vergasungszone 34, wobei die Eintragseinrichtungen 49 gleichfalls ganz schematisch veranschaulicht sind. Außerdem werden der Vergasungszone 34 vom Abscheider 40 die darin abgeschiedenen feinkörnigen Feststoffe (Schwelkoks und Kalk) über eine Leitung 50 zugeführt.
Das aus dem Reaktor 33 abgezogene Vergasungsprodukt gelangt über einen Abscheider 51 zu einer (nicht dargestellten) Brennkammer (Leitung 52). Die im Abscheider 51 abgeschiedenen Feststoffe (Asche) stellen einen festen Rückstand des Verfahrens dar (Leitung 53).
Gleiches gilt für den bei 54 aus der Vergasungszone 34 abgezogenen festen Rückstand.
Für die indirekte Beheizung des Reaktors 33 dienen beim dargestellten Ausführungsbeispiel die von einer (nicht dargestellten) Brennkammer über eine Leitung 55 kommenden heißen Rauchgase.
Es versteht sich, daß Si den in den Fig.1 und 2 dargestellten Ausführungsformen einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die anlagentechnischen Einzelheiten im rahmen der Erfindung viel- fältig abgewandelt werden können. So kann etwa die indirekte Beheizung des Wirbelschichtreaktors auch auf andere Weise als mit heißen Gasen erfolgen, etwa elektrisch-induktiv oder unter Verwendung von Tauchbrennern, die in die Wirbelschicht hineinragen. Die indirekte Beheizung der Wirbelschicht kann nicht nur durch den Boden oder einen äußeren Heizmantel erfolgen, sondern alternativ oder zusätzlich auch durch Rohre oder Trennwände, die durch die Wirbelschicht, vorzugsweise in senkrechter Richtung, hindurchlaufen und von dem zur Beheizung verwendeten Medium durchströmt werden. Vorteilhaft kann auch der Umfang der Wirbelschicht mit rippenartigen Heizwänden zur Vergrößerung der Oberfläche versehen werden.
Sowohl die Schwelzone als auch die Vergasungszone können ferner jeweils aus mehreren übereinander angeordneten Wirbelschichten bestehen, wobei auch für die gutmäßige Verbindung der einzelnen Wirbelschichten verschiedene Lösungen bekannt sind (seitlicher Gutabzug, Überlaufrohre usw.). Der die Wirbelschicht umschließende Raum kann nach oben vorteilhaft erweitert sein, um dadurch einen Gasberuhigungsraum zu schaffen, durch den eine Verringerung des Staubaustrags erreicht wird.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig.2 kann ferner die Fluidisierung der Wirbelschicht in der Vergasungszone statt mit Schwelgas auch mit dem aus der Vergasungszone abgezogenen Vor.gasungsprodukt erfolgen, was ein kondensatfreies, wasserstoffreiches und damit für chemische Synthesen geeignetes, sehr sauberes Gas liefert. Der in die Vergasungszone eingeführte überschüssige Wasserdampf wird hierbei zusätzlich ausgenutzt.
Soweit zur Fluidisierung der Vergasungs-Wirbelschicht Schwelgas benutzt wird, kann - in Abwandlung des Schemas gemäß Fig.2 - dieses Schwelgas zuvor thermisch gecrackt werden. Dadurch vermeidet man Anbackungen in der Wirbelschicht und erzielt durch die Temperaturerhöhung des zur Fluidisierung verwendeten Gases eine Erhöhung der Energiezufuhr zur Wirbel schicht. Der beim Cracken des Schwelgases entstehende Crackruß kann in die Vergasungs-Wirbelschicht eingetragen werden und verbessert den Wirkungsgrad bzw. die Ausbeute der Vergasung.
Das Anfahren einer Anlage gemäß Fig.1 kann mit Wa?an, Stickstoff, Dampf oder Inertgas erfolgen. Zum Anfahren der Anlage gemäß Fig.2 wird zweckmäßig Erdgas in die direkt beheizte Schwelzone und Wasserdampf in die Vergasungszone eingeführt.
Schließlich ist es auch möglich, der Vergasungszone 34 zusätzlich zu den Brüden (Leitung 45) und etwaigem weiteren Wasserdampf (Leitung 46) noch Luft und/oder Sauerstoff zuzuführen, um auf diese Weise eine teilweise direkte Beheizung der Vergasungszone vorzunehmen, was eine besonders einfache Beheizung und eine leichte Konstanthaltung der Vergasungstemperatur ermöglicht.
Beispiel 1 (Verschwelung und Vergasung gemäß Fig.1 Kohlenstoffhaltige Feststoffe: Rheinische Braunkohle Zusammensetzung: 21,5 % C 54 %H2O 5 % Asche 18,5 % flüchtige Bestandteile 1 %Schwefel a) Verschwelung und Vergasung unter Kalkzusatz Zugabe von 12 kg Ca(OH)2 pro t Kohle Guttemperatur 6000C Durchsatz 0,6 t/h Druck 1,05 bar Zusammensetzung des erhaltenen Mischgases H2 61 % Co 2 % Co2 28 % höhere KW 2 % N2 2,6 % CH4 4 % H2S 0,4 % Heizwert 9050 kJ/Nm3 trocken Dichte 0,62 kg/Nm3 Menge 853 Nm3/h Staubgehalt 827 mg/Nm³ feucht Austrag 31 kg mit Glühverlust 41 E b) Verschwelung und Vergasung ohne Kalkzusatz Guttemperatur 850 oC Durchsatz 0,45 t/h Druck 1,05 bar Zusammensetzung des erhaltenen Mischgases H2 59 % Co 15,5 % Co2 19,5 % CH4 2 % höhere KW 1 N2 1 % H2S 2 Heizwert 8850 kJ/Nm³ trocken Dichte 0,69 kg/Nm³ " Menge 610 Nm³/h " Staubgehalt 760 mg/Nm³ feucht Austrag 35 kg mit Glühverlust 39 Beispiel 2 (Verschwelung und Vergasung gemäß Fig. 2) Kohlenstoffhaltige Feststoffe: Rheinische Braunkohle Zusammensetzung: 21,5 go C 54 * H2O 5 % Asche 18,5 % flüchtige Bestandteile 1 % Schwefel Zugabe von 12 kg Ca(OH)2 pro t Kohle Guttemperatur beim Verschwelen 500 ° C Durchsatz 0,3 t/h Druck 1,03 bar Zusammensetzung des Schweigases (verdünnt durch die Rauchgase der direkten Beheizung): H2 25 % Co 2 % Co2 17 % CH4 12 % C2H4 1,5 % höhere KW 3 % N2 39 % H2S 0,5 % Heizwert 5200 kJ/Nm3 trocken Dichte 1,01 kg/Nm3 Menge 555 Nm³ /h " Staubgehalt 925 mg/Nm3 feucht Vergasung des Schwelrückstandes in der Vergasungszone: Guttemperatur 600 ° C Durchsatz 0,12 t/h Druck 1,07 bar Zusammensetzung des erhaltenen Wassergases H2 65 a Co 2 % Co2 30 N2 2,5 % KW 0,5 5 H2S -Heizwert 8500 kJ/Nm³ trocken Menge 205 Nm³ /h Dichte 0,70 kg/Nm³ Staubgehalt 890 mg/Nm³ feucht Austrag 25 kg mit Glühverlust 37

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wirbelschicht-Verschwelung und -Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen, wobei zur Vergasung der Feststoffe Wasserdampf in die Wirbelschicht eingeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Den kohlenstoffhaltigen Feststoffen werden sauerstoffhaltige Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle beigegeben; b) zumindest ein Teil der zur Vergasung erforderlichm Wärmeenergie wird durch indirekte Beheizung der Vergasungszone zugeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwelung und die Vergasung in zwei übereinander angeordneten Zonen eines einzigen, indirekt beheizten Wirbelschichtreaktors durchgeführt werden, wobei das in der Vergasungszone entstehende Vergasungsprodukt zugleich das Fluidisierungsmedium für die darüber angeordnete Schwelzone bildet und das aus Schwelgas und Vergasungsprodukt bestehende Mischgas aus dem oberen Teil des Reaktors abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus dem Reaktor abgezogenen Mischgases als Fluidisierungsmedium in die Vergasungszone eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwelung in einem durch unterstöchiometrische Verbrennung direkt beheizten Wirbelschichtreaktor und die Vergasung in einem indirekt beheizten Wirbelschichtreaktor durchgeführt werden, wobei das aus der Schwelzone abgezogene Schwelgas zumindest einen Teil des Fluidisierungsmediums für die Vergasungszone bildet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelzone eine Brennkammer vorgeschaltet ist, in die ein Teil des in der Schwelzone erzeugten Schwelgases - vorzugsweise nach Entstaubung -sowie Luft - vorzugsweise nach Vorwärmung mittels der zur indirekten Beheizung der Vergasungszone verwendeten Heißgase - eingeführt werden, wobei die in dieser Brennkammer erzeugten Rauchgase zugleich das Fluidisierungsmedium für die Schwelzone bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Trockung, Verschwelung und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen hoher Eigenfeuchte, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelzone eine gesonderte Trocknungszone vorgeschaltet ist und daß die bei der Trocknung der kohlenstoffhaltigen Feststoffe entstehenden wasserdampfhaltigen Brüden zumindest einen Teil des der Vergasungszone zugeführten Fluidisierungsmediums bilden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wasserdampf derart geregelt wird, daß sich in der ergasungszone ein Ueberdruck bis 5 bar, vorzugsweise zwischen 300 und 1000 mm WS, einstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schwelzone und in der Vergasungszone eine Temperatur zwischen 600 und 800"C, vorzugsweise zwischen 650 und 7503C, eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den kohlenstoffhaltigen Feststoffen 1 bis 7,5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-, an sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- un Erdalkalimetalle beigegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den kohlenstoffhaltigen Feststoffen Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und/oder Calciumoxid in feinkörniger Form beigegeben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den kohlenstoffhaltigen Feststoffen zusätzlich zu den sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle sauerstoffhaltige Eisenverbindungen und/oder Eisenschrott beigegeben werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle den kohlenstoffhaltigen Feststoffen bereits vor ihrer Aufgabe in die Schwelzone, vorzugsweise in einer vorgeschalteten Trocknungszone, beigegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der sauerstoffhaltigen Verbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle den kohlenstoffhaltigen Feststoffen erst in der Vergasungszone beigegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Schwelzone abgezogene Gas entstaubt und der abgeschiedene Staub in die Vergasungszone eingeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die indirekt beheizte Vergasungszone ein Reaktor Verwendung findet, der einen inneren Stahlmantel und eine äußere keramische Ausmauerung aufweist, wobei der Raum zwischen Stahlmantel und Ausmauerung einen Strömungsraum für das zur Beheizung der Vergasungszone dienende Medium bildet.