Verfahren zur Erzeugung von Formkörpern aus backender Kohle für die Vergasung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen körniger fester Brennstoffe unter einem Druck zwischen 5 und 150 bar mit freien Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln, wobei der Brennstoff ein Festbett bildet, das sich langsam nach unten bewegt, die Vergasungsmittel von unten in das Festbett eingeleitet und die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile des Brennstoffs als feste Asche oder flüssige Schlacke unter dem Festbett abgezogen werden. Als feste Brennstoffe kommen vor allem alle backenden Kohlen in Frage.

[0002] Die Vergasung körniger Kohle im Festbett ist bekannt und z.B. in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977) Band 14, Seiten 383 bis 386, dargestellt. Einzelheiten des Vergasungsverfahrens mit festbleibender Asche sind den US-Patentschriften 3 540 867 und 3 854 895 sowie der deutschen Offenlegungsschrift 2 201 278 zu entnehmen. Die Verfahrensvariante mit Abzug flüssiger Schlacke ist in den britischen Patentschriften 1 507 905, 1 508 671 und 1 512 677 erläutert.

[0003] Bei diesen bekannten Verfahren wird körniger Brennstoff mit einer Korngröße etwa im Bereich von 3 bis 60 mm in den Vergasungsreaktor eingeleitet. Aufgabe der Erfindung ist es, für das eingangs genannte Verfahren auch feinkörnigeren Brennstoff verwenden zu können. Dieser feinkörnige Brennstoff kann bei der Gewinnung des Brennstoffs entstanden oder für das Verfahren durch Zerkleinerung hergestellt worden sein. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht; daß man feinkörnigen Brennstoff mit einer Korngröße unter 0,1 mm und grobkörnigen Brennstoff mit einer Korngröße im wesentlichen oberhalb 0,3 mm im Gewichtsverhältnis von mindestens 1 : 2 mischt, aus der Mischung Formkörper herstellt und sie der Vergasung aufgibt. Das Gewichtsverhältnis kann bis etwa 3 : 1 betragen.

[0004] Gibt man körnige, backende Kohle in die Festbettvergasung, so entsteht im oberen Teil des Festbettes bei Erreichen der Erweichungstemperatur der Kohle eine wenig gasdurchlässige Zone, da die Kohlekörner zerfließen oder zumindest teigig werden. Durch Rührarme versuchte man bisher, diese Kohleschicht in der Festbettvergasung aufzulockern und damit gasdurchlässig zu machen.

[0005] Das Zusammenbacken der Formkörper wird aber bereits ohne weitere Hilfsmittel allein durch ihre Herstellungsweise ganz oder zumindest weitgehend verhindert. Bei der Erhitzung der Formkörper im Vergasungsreaktor ist die Aufheizgeschwindigkeit der im einzelnen Formkörper enthaltenen feinkörnigen Bestandteile größer als die der grobkörnigen. Während die feinkörnigen Bestandteile erweichen, wirken die grobkörnigen Bestandteile als Magerungsmittel und verhindern ein Zerfließen des Formkörpers. Die feinkörnigen Bestandteile gehen bei weiterer Erhitzung schließlich in einen Koks über, während die grobkörnigen Bestandteile beginnen plastisch zu werden. In dieser Phase wirkt der Koks aus den feinkörnigen Bestandteilen als Magerungsmittel und hält die erweichenden grobkörnigen Bestandteile zusammen.

[0006] Die Formkörper können auf bekannte Weise, z.B. durch Brikettieren, Pelletieren oder Extrudieren hergestellt sein. Ihr Durchmesser wird im allgemeinen etwa zwischen 5 und 50 mm liegen und vorzugsweise etwa 10 bis 30 mm betragen. Damit die Formkörper ohne wesentlichen Zerfall in den Vergasungsreaktor eingeschleust werden können, kann es sich empfehlen, sie vorher noch zu trocknen.

[0007] Um den Zusammenhalt der Formkörper im Festbett der Vergasung noch zu verbessern, können den zu mischenden festen Brennstoffen verschiedenartige Substanzen zugegeben werden. Hierbei kann es sich z.B. um organische oder anorganische Bindemittel handeln, insbesondere Pech, Teer, Krackkoks, Hydrierrückstände, Sulfitablauge, Melasse, Kalk, Bentonit, Dolomit oder Montmorillonit. Verschiedene dieser Bindemittel können auch gemischt miteinander in den Formkörpern enthalten sein. Geeignet sind auch katalytisch wirksame Substanzen zur Erhöhung der Reaktionsfähigkeit der festen Brennstoffe, z.B. NaCl, KC1, Na₂CO₃, K₂CO₃, Oxide von Molybdän, Wolfram, Zinn, Chrom, Nickel, Kobalt oder Eisen sowie feingemahlene Zeolithe. Zuschläge zu der Brennstoffmischung können auch z.B. aus Na₂B₄O₇, NaN0₂, K₂CrO₄, K₂C⁰₃ oder KNO₃ bestehen, wodurch sich die Back- und Bläheigenschaften des Brennstoffs herabsetzen lassen.

[0008] Wenn man die Formkörper vor dem Eintragen in die Vergasung trocknet, geschieht dies am besten bei Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes der Brennstoffe, vorzugsweise zwischen 40 und 150°C. Der für die Formkörper zu verwendende Brennstoff hat zumeist einen Gehalt an unverbrennlichen Bestandteilen zwischen 5 und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 und 30 %.

[0009] Das Produktgas der Vergasung läßt sich auf vielfältige Weise verwenden. Nach Reinigung und Konditionierung kann das Gas z.B. für Synthesen oder als Hydriergas verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist, das Gas, gegebenenfalls nach Entfernen störender fester oder gasförmiger Bestandteile, als Brenngas zu nutzen und es in einem kombinierten Dampf-Gasturvinen-Kraftwerk einzusetzen.

Beispiel 1:

[0010] Eine backende Kohle mit einer Backzahl von 35 gemäß ISO 335-1974 und einer Blähzahl von 4 gemäß DIN 51 741 wurde in ein weitgehend gleichmäßiges Körnungsband von 0,1 bis 2 mm aufgemahlen. Die gemahlene Kohle wurde mit Wasser unter Zugabe von 5 % Melasse pelletiert und die Pellets, die Durchmesser von 10 bis 20 mm aufwiesen, bei 110°C 1 Stunde lang getrocknet. Danach erfolgten Verkokungstests unter einem Druck von 20 bar bis 800°C mit Aufheizgeschwindigkeiten von 6 bis 60°C/Min. Das erhaltene Produkt war jeweils verbacken und wurde als fest zusammenhängendes traubenartiges Gebilde aus der Verkokungsapparatur genommen. In diesem Zustand war das verbackene Konglomerat für die Vergasung in einem Festbett nicht geeignet. Diese Art der Behandlung der Kohle stellt somit keine brauchbare technische Lösung für die Vergasung von feinkörnigem Gut dar.

Beispiel 2:

[0011] Die Kohle des Beispiels 1 wurde gemahlen und feinkörniger Brennstoff mit einer Körnung unter 0,1 mm, wovon etwa 60 % eine Korngröße unter 0,06 mm aufwiesen, abgetrennt. Ein zweiter Teil des gleichen Brennstoffs, der im wesentlichen aus Körnern oberhalb 0,3 mm bestand, wurde ebenfalls bereitgestellt. Die beiden Brennstoffteile wurden etwa im Gewichtsverhältnis 1 : 1 weitgehend homogen gemischt, mit 5 %iger Sulfitablauge versetzt und zu eiförmigen Briketts mit Volumina von 10 - 20 cm³ (größter Durchmesser 30 - 35 mm) geformt. Die Verkokungstests des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei Temperaturen bis etwa 800°C erreicht wurden. Bei dieser Behandlung blieben die Briketts formstabil und hingen nicht zusammen. Für die Vergasung im Festbett zeigten sie sich in hervorragender Weise geeignet.

Ansprüche

1) Verfahren zum Vergasen körniger fester Brennstoffe unter einem Druck zwischen 5 und 150 bar mit freien Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln, wobei der brennstoff ein Festbett bildet, das sich langsam nach unten bewegt, die Vergasungsmittel von unten in das Festbett eingeleitet und die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile des Brennstoffs als feste Asche oder flüssige Schlacke unter dem Festbett abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man feinkörnigen Brennstoff mit einer Korngröße unter 0,1 mm und grobkörnigen Brennstoff mit einer Korngröße im wesentlichen oberhalb 0,3 mm im Gewichtsverhältnis von mindestens 1 : 2 mischt und aus der Mischung Formkörper herstellt, die der Vergasung aufgegeben werden.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper Durchmesser von 5 bis 50 mm und vorzugsweise von 10 bis 30 mm haben.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den zu mischenden festen Brennstoffen organische oder anorganische Bindemittel, insbesondere Pech, Teer, Krackkoks, Hydrierrückstände, Sulfitablauge, Melasse, Kalk, Bentonit, Dolomit oder Montmorillonit zugegeben werden.

4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man den zu mischenden festen Brennstoffen katalytisch aktive Substanzen zusetzt, insbesondere NaCl, KC1, Na₂CO₃' K₂CO₃, Oxide von Molybdän, Wolfram, Zinn, Chrom, Nickel, Kobalt oder Eisen oder feingemahlene Zeolithe.

5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, d3ß man den zu mischenden festen Brennstoffen Stoffe zusetzt, welche die Back- und Bläheigenschaften des Brennstoffs herabsetzen, insbesondere Na₂B₄O₇, NaNO₂, K₂CrO₄, K₂CO₃ oder KNO₃.

6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu mischenden festen Brennstoffe einen Gehalt an unverbrennlichen Bestandteilen zwischen 5 und 40 Gew.%, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Gew.%, haben.