Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von Rückständen aus der hydrierenden Verflüssigung von Kohle und/oder von Rückständen aus der Schwerölhydrierung in einem Wirbelbett- oder Flugstromvergaser

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen von Rückständen aus der hydrierenden Verflüssigung von Kohle und/oder von Rückständen aus der Schwerölhydrierung in einem Wirbelbett oder Flugstromvergaser und ist dadurch gekennzeichnet, daß die feingemahlenen Rückstände im festen Zustand mit Hilfe eines Fördergases aus einem Vorratsbehälter heraus durch eine Kühlstrecke hindurch in den Vergaser gefördert werden.

Beschreibung

[0001] Die Rückstände aus der Schwerölhydrierunq und aus der hydrierenden Verflüssigung von Kohle sind, obwohl insbesondere letztere Aschegehalte zwischen 10 und 70% aufweisen, im allgemeinen sehr kohlenstoffreich und daher für eine weitere Verwendung gut geeignet. Sie liegen üblicherweise bei Raumtemperatur in fester Form vor und sind in Aussehen und Erscheinungsform vergleichbar mit den üblichen Bitumenbrocken, die zum Straßenbau und zum Dachdecken-verwendet werden. Bisher konnten diese Rückstände jedoch in größerem Umfang nicht verwendet werden, abgesehen von einigen speziellen Einzelfällen, die jedoch nicht ausreichen, um die insgesamt anfallenden Rückstandsmengen einer sinnvollen Nutzung zuzuführen. Die sich aufgrund des Kohlenstoffgehaltes der Rückstände an sich anbietende Möglichkeit der Vergasung begegnete ebenfalls Schwierigkeiten, die insbesondere darauf zurückzuführen sind, daß in den üblichen Vergasern normalerweise Temperaturen von mehr als 800° C vorhanden sind. Es ist außerordentlich schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, bei derartigen Temperaturen die Rückstände in die Vergasungsapparatur einzubringen. Dies liegt im wesentlichen daran, daß die Hydrierrückstände einen Erweichungspunkt im Bereich zwischen 100 bis 200° C aufweisen; bei Temperaturen oberhalb 350° C setzt bereits die Verkokung ein. Diese Temperaturen liegen so niedrig, daß sie das Einführen von Hydrierrückständen in einen Vergaser außerordentlich erschweren, da in unmittelbarer Umgebung des Vergasers zwangsläufig Temperaturen herrschen, die zur Erweichung der Hydrierrückstände führen, bevor diese den eigentlichen Vergaser erreichen. Dies hat zur Folge, daß die Zuführungsleitungen, Düsen und sonstige damit in Zuammenhang stehenden Einrichtungen verklebt und verstopft werden. _ö'

[0002] Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Eintragen von Hydrierrückständen in einen Vergaser so durchzuführen, daß die vorerwähnten Schwierigkeiten vermieden werden. Trotz des niedrigen Erweichungspunktes der Hydrierrückstände soll es möglich sein, diese in einen Vergaser so einzuführen, daß die erforderlichen Zuführungsleitungen und zugehörige Einrichtungen betriebsbereit bleiben. Die dazu verwendeten Mittel sollen einfach und wenig störanfällig sein.

[0003] Zur Lösung dieser Augabe schlägt die Erfindung vor, daß die feingemahlenen Rückstände mit Hilfe eines Fördergases durch eine Kühlstrecke hindurch in den Vergaser gefördert werden. Mit der Feinmahlung der Rückstände erhält man zugleich eine Korngrösse, die sich für die Vergasung in Vergasungsreaktoren der erwähnten Art besonders eignet. Außerdem können die feingemahlenen Rückstände in Vorratsbehältern der üblichen Art ohne Schwierigkeiten und besonderen Aufwand über längere Zeiträume und in ausreichenden Mengen gelagert werden. Die Förderung mit Hilfe eines Fördergases aus dem Vorratsbehälter heraus hat neben der Transportwirkung gleichzeitig auch den Vorteil einer gewissen, wenn auch begrenzten Kühlwirkung. Beim Durchströmen der Kühlstrecke sorgt das Fördergas für eine gute Durchwirbelung der Rückstände bis in unmittelbarer Nähe der Einspeisung in den Vergasungsreaktor, wodurch gewährleistet ist, daß die Kühlung entlang der Kühlstrecke im wesentlichen alle Rückstandsteilchen gleichmäßig erfaßt, so daß Anbackungen und Verklebungen der Rohrleitungen vermieden werden. Für Förderung und Vergasung hat sich das Aufmahlen der Rückstände auf Korngrößen unterhalb von 2 mm als besonders geeignet erwiesen.

[0004] Vorteilhaft ist die Kühlstrecke als Wasserkühlung ausgeführt. Der Einlauf des Kühlwassers befindet sich zweckmäßig in der Nähe des Vergasungsreaktors, während der Auslauf am davon abgekehrten Ende der Kühlstrecke angebracht sein sollte. Vorteilhaft umgibt die Kühlstrecke die Zuführungsleitung für die Rückstände auf deren ganzem Umfang und reicht wenigstens bis in die Nähe der Außenwand des Reaktors, wenn nicht gar durch dessen Isoliermantel hindurch, und zwar wenigstens bis an die-Innenwand desselben. Durch diese Ausgestaltung der Kühlstrecke ist gewährleistet, daß die Erweichunstemperatur der Rückstände vor deren Eintreten in deren Bereich, wo dies nicht mehr schädlich ist, nicht überschritten wird und die Kühlung der Rückstände einigermaßen gleichmäßig erfolgt. Auf diese Weise ist ohne großen Aufwand erreichbar, daß die Zuführungsleitungen nicht verkleben und zugesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß die Kühlvorrichtung ohne Schwierigkeien nachträglich an bereits vorhandenen Vergasungseinrichtungen angebracht werden kann.

[0005] Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann es vorteilhaft sein, die Rückstände nicht allein, sondern vielmehr zusammen mit anderen üblichen kohlenstoffhaltigen Substanzen, z. B. Stein- oder Braunkohle zu vergasen. Dabei kann so vorgegangen werden, daß die Zufuhr der Rückstände und der Kohle alternativ erfolgt. Es ist aber auch möglich, die Rückstände und die anderen zu vergasenden Sustanzen gleichzeitig zuzuführen. Eine gemeinsame Zuführung erscheint nicht zweckmäßig, da im allgemeinen Steinkohle und Braunkohle ohne Kühlung in den Reaktor eingeführt werden können.

[0006] Im übrigen kann durch die Einstellung des Verhältnisses zwischen Hydrierrückstand einerseits und den anderen zu vergasenden Produkten andererseits auch eine Regelung des Vergasungsverfahrens im Hinblick auf das erzeugte Produktgas erfolgen.

[0007] Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Vergasung der Rückstände in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser (HTW) durchzuführen. Es ist aber auch möglich, die Rückstände in einem Hydrierenden-Kohle-Vergaser (HKV) zu vergasen. Insbesondere beim Hochtemperatur-Winkler-Vergaser wird ein hoher Vergasungsgrad erreicht, so daß im wesentlichen nur noch die Asche als Rückstand verbleibt, die ohne Schwierigkeiten ausgetragen werden kann.

[0008] Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann als Fördergas Stickstoff (N₂) oder Kohlendioxid (C0₂) oder Luft verwendet werden, wobei diese Gase ggf. mit an der Vergasungsreaktion teilnehmen, soweit sie dazu, wie beispielsweise Kohlendioxid und Luft, von ihrer chemischen Beschaffenheit her geeignet sind. Die Menge des benötigten Fördergases ist im Vergleich zu den Gasdurchsätzen im Wirbelbet gering und wirkt sich auf die Vorgänge im Vergasungsreaktor nicht störend aus. Jedenfalls kann sie mit einfachen Mitteln so feinfühlig dosiert werden, daß zum einen der Förderstrom aufrechterhalten und zum anderen unerwünschte Einflüsse auf die Vorgänge im Vergasungsreaktor mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Bei entsprechender Auslegung und Anordnung der Eintragstelle, z. B. Neigung gegenüber der Horizontalen und/oder tangentiales Einblasen, kann eine sofortige Durchmischung der eingetragenen Hydrierrückstände mit dem im Vergaser vorhandenen Reaktionsgut erreicht werden.

[0009] Als sehr einfach und wenig störanfällig hat sich eine Ausführung herausgestellt, bei welcher die Kühlstrecke als Wasserkühlung ausgebildet ist. Durch letztere ist eine sehr einfache Regelung der Temperatur im Inneren der Kühlstrecke möglich, solange das Wasser unterhalb der Verdampfungstemperatur gehalten wird. Daneben bietet eine Wasserkühlung die bekannten Voreile großer Betriebssicherheit bei einfacher Handhabung.

[0010] Zweckmäßigerweise ist der Vorratsbehälter für die Rückstände an seinem Ausgang mit einem Absperrorgan versehen, so daß die Rückstände auf einfache Art und Weise dem Vergasungsvorgang im Vergasungsreaktor in Abhängigkeit von der jeweilige Aufnahmefähigkeit desselben und sonstiger zu berücksichtigeder Gegebenheiten zugeführt werden können.

[0011] In der Zeichnung ist im Schema ein Vergasungsreaktor mit zugehörigen Einrichtungen dargestellt.

[0012] Der Vergasungsreaktor weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 auf, welches in Richtung der Pfeile 2 und 2, also in Richtung seiner Längsachse, von Vergasungsmittel von unten nach oben durchströmt wird. Im Falle eines HTW-Reaktors wird es sich dabei im wesentlichen um sauerstoffhaltige Gase, Dampf und Kohlendioxid, im Falle eines HKV-Reaktors überwiegend um Wasserstoff handeln. Im Inneren des Vergasers 1 findet die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien innerhalb einer Wirbelschicht 4 und eines nachgeschalteten Nachreaktionsraumes 14 statt.

[0013] In den Vergaser 1 tritt seitlich eine Zuführungsleitung 5 für die Hydrierrückstände 6 ein. Letztere werden in einem Vorratsbehälter 7 in feingemahlener Form gespeichert und über ein Absperrorgan 8 in die Zuführungsleitung 5 eingespeist. Von ihrem freien Ende her wird die Zuführungsleitung 5 durch ein Fördergas in Richtung des Pfeiles 9 beaufschlagt, welches die Rückstände unterhalb der Aufgabestelle des Absperrorganes 8 erfaßt und durch eine Kühlstrecke 10 hindurch in den Vergasungsreaktor 1 fördert. Die Kühlstrecke 10 reicht bis in unmittelbare Nähe des Vergasers 1 und weist zwei Anschlüsse 11 und 12 auf, über die das Kühlwasser zu- bzw. abgeleitet wird. Sie umgibt die Zuführungsleitung 5 allseitig, die ihrerseits auch noch ein Absperr- und Drosselorgan (nicht dargestellt) für das Fördergas 9 aufweist. Im Verhältnis zum Durchmesser der Zuführungsleitung beträgt die Länge der Kühlstrecke mindestens das 5-, höchstens das 20-fache, vorzugsweise das 10-fache. Es ist besonders vorteilhaft, den Anschluß 11 für das Kühlwasser in der Nähe des Gehäuses des Reaktors 1 anzuordnen, während der Anschluß 12 für den Rücklauf des Kühlwassers an der dem Reaktor abgekehrten Seite vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, daß die in der Zuführungsleitung 5 geförderten Rückstände 6 gleichmäßig und nicht zu stark erwärmt werden. Der Kühlwasserdurchsatz richtet sich nach dem Volumen der Kühlstrecke sowie nach der Temperatur des Reaktors 1 und der Menge der geförderten Rückstände 6. Die Kühlwasserzufuhr und Temperaturhaltung werden über übliche Organe geregelt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Vergasung von Rückständen aus der hydrie- ; renden Verflüssigung von Kohle und/oder von Rückständen aus der Schwerölhydrierung in einem Wirbelbett-oder Flugstromvergaser, dadurch gekennzeichnet, daß die feingemahlenen ; Rückstände (6) mit Hilfe eines Fördergases (9) aus einem Vorratsbehälter (7) heraus durch eine Kühlstrecke (10) hindurch in den Vergaser (1) gefördert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände (6) auf Korngrößen <2 mm feingemahlen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am.Ausgang (12) der Kühlstrecke (10) ≤ 100° C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr (8) der Rückstände (6) abschaltbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände (6) zusammen mit anderen Kohlenstoffträgern, z. B. Steinkohle oder Braunkohle vergast werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbettvergasung in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser (HTW) oder einem Hydrierenden-Kohle-Vergaser (HKV) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas Stickstoff (N₂) oder Kohlendioxid (CO₂) oder Luft verwendet werden, die ggf. an der Vergasungsreaktion mit teilnehmen.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (10) unmittelbar am Vergasungsreaktor (1) endet bzw. wenigstens über die Dicke von dessen Isolierschicht in : diesen hineinreicht und die Zuführungsleituang (5) für die . Rückstände (6) allseitig umgibt.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (10) mit einer Wasserkühlung versehen ist.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (7) an seinem Ausgang ein Absperrorgan (8) aufweist.

Zeichnung