Eintragen von Kohle in eine Kohlevergasungsanlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich eine Kohlenflüssigkeitssuspension leicht in einen Reaktor einer Kohlevergasungsanlage eintragen läßt. Das wird durch die Beimengung von Gas in die Kohleflüssigkeitssuspension erreicht. Das Gas bewirkt einen Auftrieb der Feststoffpartikeln und verringert den Strömungswiderstand.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintragen einer Hohle-Flüssigkeitssuspensioa in einen Reaktor einer Kohlevergasungsanlage.

[0002] Der Reaktor einer Kohlevergasungsanlage wird vorzugsweise mit Überdruck betrieben.

[0003] Zur Erzeugung des Überdruckes und zu seiner Aufrechterhaltung werden am Eintrag- und Austragende des Reaktors Schleusen eingesetzt. Dabei machen bestimmte Schleusen am Eintragende, z. B. Pumpen, Schnecken, zumeist die Verwendung einer Flüssigkeit als Trägermittel für die Kohle erforderlich. D.h., Pumpen und dgl. Vorrichtungen benötigen ein pumpfähiges Gemisch, dessen Flüssigkeitsanteil relativ groß ist.

[0004] Als Flüssigkeit dient vorzugsweise Wasser, das zugleich zur Erzeugung eines CD und H₂ enthaltenden Gases herangezogen wird.

[0005] Das geschieht durch Zusammenbringen der pumpfähigen Suspension aus kohlenstoffhaltigem Feststoff und Wasser mit Sauerstoff in einem geeigneten Reaktionsraum.

[0006] Die Verwendung von Wasser hat den Nachteil einer ungünstigen Energiebilanz, da ein Überschuß an Wasser verdampft werden muß.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit der Kohlevergasung zu verbessern. Dabei geht die Erfindung von dem Gedanken aus, die Wirtschaftlichkeit durch Änderung des Kohleeintrages zu verberzern.

[0008] Das wird dadurch erreicht, daß der Kohle-Flüssigkeitssuspension ein Gas beigemengt wird. Das Gas hat vor allem in feiner Verteilung in der Kohle-Flüssigkeitssnspension eine für das Förderverhalten sehr vorteilhafte Wirkung durch Verringerung der Viskosität und wirkt darüber hinaus positiv auf die Zerstäubung der Suspension am Austritt aus dem Brenner in den Reaktor.

[0009] Das Gas wird wahlweise durch Düsen in den Fördergang der Kohle- Flüssigkeitssuspension geblasen und/oder der Kohleflüssigkeitssuspension mit einen flüssige.n Gasträger beigemengt. Desgleichen kann Gas mit einem festen Gasträger beigemengt werden. Das Flüssigkeitsgas verdampft im Fördergang der Kohle-Flüssigkeitssuspension. Der feste Gasträger zerfällt in der Kohleflüssigkeitssuspension bzw. reagiert mit ihr, so daß Gas freigesetzt wird.

[0010] Als der Kohle-Flüssigkeitssuspension beizumengendes Gas findet vorzugsweise Kohlendioxid Verwendung, das aus dem im Reaktor entstandenen Rohgas ausgewaschen oder ausgefällt wird. Vor der Beimengung wird das ausgewaschene Kohlendioxid in Ammoniakwasser gelöst bzw. zu Ammoniumkarbonat umgewandelt. Das salzbeladene und gelöstes Kohlendioxid enthaltende Ammoniakwasser kann mit festem Brennstoff einer Naßmahlung zugeführt oder mit trockenem, gemahlenem, festem Brennstoff vermischt werden.

[0011] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

[0012] In einen Reaktor 1 einer Kohlevergasungsanlage wird von oben eine Kohle-Flüssigkeitssuspension eingebracht. Das geschieht mit Hilfe einer Pumpe 2. Zusammen mit der Kohle-Flüssigkeitssuspension gelangt Sauerstoff durch eine Zuleitung 3 in den Reaktor 1. In dem Reaktor 1 herrscht eine Betriebstemperatur von ca. 1.400⁰ C bei einem Betriebsdruck von 30 bar.

[0013] Die Plüssigkeitsphase der Kohle-Flüssigkeitssuspension besteht im Ausführungsbeispiel aus Wasser, sie kann aber auch eine andere Konsistenz haben, insbesondere aus Öl oder einem Ölrückstand oder dergleichen bestehen. Das Wasser der Kohle- Flüssigkeitssuspension verdampft unter der Einwirkung der in dem Reaktor herrschenden Wärme. Es reagiert die Kohle mit dem Sauerstoff und dem entstandenen Wasserdampf. Die Reaktion ergibt ein Synthesegas mit hohem Anteil an Kohlenmonoxyd und freiem Wasserstoff. Dieses Synthesegas ist ein wichtiger Chemierohstoff.

[0014] Mit dem Synthesegas fällt gleichzeitig Schlacke an, die sich überwiegend in einem Wasserbad im Fuß des Reaktors 1 sammelt und mit Hilfe einer Schleuse 4 unter Aufrechterhaltung des Betriebsdruckes von 30 bar an die Umgebungsluft ausgetragen wird.

[0015] Die Schleuse 4 besteht aus einem Behälter mit jeweils einem Ventil am Eintrag- und Austragende. Bei geöffnetem Eintragende sammelt sich ir dem Behälter der Schleuse 4 Schlacke, die durch das Wasserbad im Fuß des Reaktors 1 absinkt.

[0016] Nach Erreichen eines bestimmten Füllungsgrades in dem Behälter wird das Ventil am Eintragende geschlossen und das andere Ventil geöffnet, so daß die Schlacke ohne Beeinträchtigung des Reaktorbetriebes aus dem Behälter der Schleuse 4 abgefördert werden kann. Danach wird das Ventil am Austragende wieder geschlossen, die Schleuse 4 mit Wasser gefüllt und das Ventil am Eintragende geöffnet.

[0017] Ein anderer Teil der im Reaktor 1 anfallenden Schlacke, der flugfähige Schlackenteil, wird mit dem Synthesegas aus dem Reaktor 1 ausgetragen. Dabei hat das Synthesegas wahlweise durch ein in den Reaktor 1 integriertes Abbitzesystem bereits eine Kühlung erfahren. Nach dem Austritt aus dem Reaktor 1 erfolgt ggf. eine weitere Kühlung in einem nicht dargestellten Abhitzekessel, bevor das Rohgas in eine Kohlendioxydwäsche 5 eintritt.

[0018] Die Kohlendioxidwäsche 5 besteht aus zwei Druckbehältern 6 und 7, die durch Leitungen 8 und 9 miteinander verbunden sind. In der Leitung 8 befindet sich eine Pumpe 10 und in der Leitung 9 eine Drossel 11. Die Leitung 8 mündet an jedem Ende im Behälterfuß, während die Leitung 9 an dem dem Behälter 6 zugewandtem Ende unterhalb des Badspiegels eines Wasserbades 12 in den Behälter 6 mündet.

[0019] Das andere Ende der Leitung 9 mündet oberhalb des Badspiegels eines Wasserbades 13 in den Behälter 7. Das Wasserbad 13 steht unter dem gleichen bzw. einem geringfügig niedrigeren Druck wie der Innenraum des Reaktors 1.

[0020] Infolge dieses Druckes löst sich ein wesentlicher Teil des im Rohgas enthaltenen Kohlendioxids im Wasser. Das so mit Kohlendioxyd angereicherte Wasser dringt infolge eines großen Druckgefälles zwischen den beiden Behältern 6 und 7 durch die Leitung 9 und die Drossel 11 in den Behälter 7. Dabei wird der Wasserdruck mit Hilfe der Drossel 11 auf ein gewünschtes Maß, den Druck im Behälter 7, reduziert. Während und nach dem Druckabfall perlt das im Wasser enthaltende Kohlendioxyd aus.

[0021] Das sich im Druckbehälter 7 sammelnde Wasser wird mit Hilfe der Pumpe 10 abgezogen und durch die Leitung 8 dem Druckbehälter 6 zurückgeführt.

[0022] Damit das durch das Wasserbad 12 im Behälter 6 strömende Rohgas nicht in die Leitung 9 tritt, muß der Badspiegel des Wasserbades 12 oberhalb der Einmündung der Leitung 9 in den Druckbehälter 6 stehen. Das wird durch eine Regelung der Drossel 11 und/oder der Pumpe 10 erreicht. Die notwendige Verstellung der Drossel 11 und/oder der Pumpe 10 bewirkt ein nicht dargestellter Schwimmer im Druckbehälter 6, der über ein Hebelgestänge und/oder eine Hydraulikanlage mit der Drossel 11 und/oder der Pumpe 10 verbunden ist.

[0023] Ein Wasserverlust wird aus einer Speiseleitung 14 über einen automatisch oder in Abständen von Band betätigten Schieber 15 ausgeglichen.

[0024] Zusammen mit dem Kohlendioxyd aus dem Rohgas ausgewaschene Schlacke wird in einem nicht dargestellten, in die Leitung 8 geschalteten Eindicker gesammelt und abgeführt.

[0025] Anstelle von Wasser kann die Kohlendioxydwäsche 5 auch mit Alkohol oder Aminlösungen betrieben werden. Der Alkoholbetrieb erfordert eine Betriebstemperatur von ca. 50° C.

[0026] Ferner kann ein sogenanntes Ausfällen an die Stelle der Bohlendioxydwäsche treten. Bein Ausfällen wird gezielt nur das Kohlendioxyd aus dem Rohgas entfernt, während bei der üblichen Kohlendioxydwäsche zumeist auch ein unerwünschtes Auswaschen anderer Bestandteile auftritt. Zum Ausfällen des Kohlendioxyds dient dann eine Base im Behälter 6.

[0027] Durch Reaktion des Kohlendioxyds mit der Base entsteht ein Salz, das aus dem Behälter 6 abgezogen und dann mit Wasser und Wärme beaufschlagt wird, so daß freies Kohlendioxyd entsteht.

[0028] Das sich im Behälter 7 oberhalb des Wasserbades 13 sammelnde Kohlendioxyd dringt durch eine Leitung 16 mit zvischengeschaltetem Rückschlagventil 17 in einen Behälter 18. In dem Behälter 18 befindet sich konzentriertes Ammoniakwasser. Beim Durchströmen des Behälters 18 und des Ammoniakwasaers wird ein wesentlicher Teil des Kohlendioxyds in dem Ammoniakwasser gelöst bzw. zu Ammoniumkarbonat umgewandelt. Das verbleibende Kohlendioxyd tritt durch eine Leitung 19 aus.

[0029] Das gelöstes Kohlendioxyd enthaltende und salzbelandene Ammoniakwasser wird mittels einer Pumpe 20 am Fuß des Behälters 18 abgezogen und, dem Kohleneintrag 21 zugeführt. Die abgezogene Ammoniakvassermenge wird über eine Speiseleitung 22 und ein zwischengeschaltetes Ventil 23 mit Hilfe einer Pumpe 24 fortlaufend ersetzt.

[0030] Die zusammen mit den salzbeladenen und Kohlendioxyd in gelöster Form enthaltenden Ammoniakwasser in den Kohleneintrag 21 gelangenden Kohlen werden in einer Mühle 25 nass gemahlen. Das Ammoniakvasser kann aber auch nach trockener Mahlung der Kohle hinter der Mühle 25 zugeführt werden.

[0031] In der Förderleitung zum Reaktor 1 wird das Kohlendioxyd durch Erwärmen der Kohle-Flüssigkeitssuspenton wieder frei. Das Ammoniumcarbonat zerfällt nach der Beimengung kleiner Mengen Phosphorsäure. Die dazu notwendige Dosierung erfolgt aus einer Zuleitung 26. Zum Dosieren ist eine Dosierpumpe in die Zuleitung 26 geschaltet. Dabei kann es sich sowohl um eine kontinuierlich über ein geeignetes Steuerventil fördernde Pumpe als auch um eine intermittierend einspritzende Pumpe handeln.

[0032] Das in der Förderleitung freiwerdende Kohlendioxyd entsteht in vielen kleinen Bläschen, die das Fließverhalten der Kohle- Flüssigkeitssuspension erheblich verbessern.

[0033] Die kleinen Bläschen haben eine geringere Aufstiegsgeschwindigkeit als große Blasen und halten das durch die Beimengung von Gas entstandene Dreistoffgemisch weitgehend stabil.

[0034] Zusätzlich zur Beimengung flüssiger oder fester Gasträger kann mit Hilfe geeigneter Düsen zwischen der Mühle 25 und dem Reaktor 1 bzw. der Pumpe 2 und dem Reaktor 1 Gas durch eine Vielzahl kleiner Düsen an der Unterseite der Förderleitung eingeblasen werden. Als Gas findet dabei vorzugsweise wieder ausgewaschenes oder ausgefälltes Kohlendioxyd Verwendung.

[0035] Durch Anordnung der Düsen in mindestens einem Drittel des Umfangsbereiches an der Unterseite der Förderleitung und durch eine gleichmäßige Düsenverteilung ist ein optimales Eindringen von Gas in die Kohle-Flüssigkeitssuspension gewährleistet.

[0036] In einfachsten Fall bestehen die Düsen aus Bohrungen in der Förderleitung und wird die zu den Düsen führende Rohrleitung durch eine geeignete Ummantelung der Förderleitung gebildet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Eintragen einer Kohle-Flüssigkeitssuspension in einen Reaktor einer Kohlevergasungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension ein Gas beigemengt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verteilung kleiner Gasbläschen in der Kohle-Flüssigkeissuspension.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Beimengung von Flüssigkeitsgas.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Beimengung fester Gasträger.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch aus dem Rohgas ausgewaschenes oder ausgefälltes Kohlendioxid.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewaschene Kohlendioxid in Ammonikwasser gelöst und/oder zu Ammoniumkarbonat umgewandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß fester Brennstoff mit salzbeladenem und gelöstes Kohlendioxid enthaltendem Ammoniakwasser einer Naßmahlung zugeführt oder das Ammoniakwasser mit trockenem, gemahlenem, festem Brennstoff vermischt vird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumkarbonat während und/oder nach der Beimengung des Amoniakwassers zur Kohle-Flüssigkeitssuspension mit Wärme und/oder einer Säure beaufschlag wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Phosphorsäure.

Zeichnung