DE102007034524A1

DE102007034524A1 - Simultane Vergasung von Kohlen stark unterschiedlichen Inkohlungsgrades in der Flugstromvergasung

Info

Publication number: DE102007034524A1
Application number: DE102007034524A
Authority: DE
Inventors: Bernd Holle; Volker KIRCHHÜBEL; Joachim Dr. Lamp; Manfred Dr. Schingnitz; Günter TIETZE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29
Also published as: US20090025294A1; CN101353597A; US8025705B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vergasungsverfahren, das bei einer zuverlässigen und sicheren Betriebsweise die simultane Vergasung von Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades einschließlich solch unterschiedlicher Kohlequalitäten wie Braun- und Steinkohlen erlaubt, wobei der aus einer Mischung der unterschiedlichen Kohlen bestehende Brennstaub aus einem gemeinsamen Dosiersystem dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Vergasung von Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades wie Braun- und Steinkohlen nach dem Verfahren der Flugstromvergasung. Die Erfindung erlaubt zu Brennstaub aufgemahlene Kohlen in einer Vergasungsanlage mit Sauerstoff oder einem freien Sauerstoff enthaltenem Vergasungsmittelgemisch im Flugstrom in Synthesegase umzuwandeln.
Dabei besteht ein bestimmter Zusammenhang zwischen dem Inkohlungsgrad der Kohlen mit dem Gehalt der flüchtigen Bestandteile und der Oberflächenstruktur. Weniger inkohlte Kohlen besitzen einen höheren Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, sowie aufgrund der Porenstruktur eine größere innere Oberfläche. Sie sind damit reaktiver als stärker inkohlte Kohlen. Besonderes ausgeprägt ist dies zwischen Braun- und Steinkohlen, aber auch innerhalb der Steinkohlen, wenn man Anthrazit als höchstinkohlte und Flammkohle als die am wenigsten inkohlten Kohlen betrachtet.
Aus diesem Grund werden beispielsweise Braun- und Steinkohlen nach dem Stand der Technik nicht gemeinsam vergast. Die Technik der Synthesegaserzeugung nach dem Verfahren der autothermen Flugstromvergasung ist langjährig bekannt und ausführlich in H.-D. Schilling „Kohlevergasung", Verlag Glückauf 1979 sowie J. Carl u. a. „Noell-Konversionsverfahen", EF-Verlag für Energie und Umwelttechnik GmbH, 1996, Seite 33 und 73 beschrieben. Verschiedenen Ausführungsformen der Reaktoren sind weiterhin in EP 0677567 B1 und DE 3534015 A1 dargestellt. Bei einer trockenen pneumatischen Zuführung des Brennstaubes zum Vergasungsreaktor nach Patent der Anmelde-Nummer: 10 200 5 047 583.3 wie CN 200 4200 200 7.1 wird der Brennstaub in einem Dosiergefäß durch die Aufwirbelung in einen fließfähigen Zustand gebracht und durch Anlegung eines Druckgefälles über eine Rohrleitung von der Wirbelschicht des Dosiergefäßes zum Brenner des Vergasungsreaktors geführt. Braun- und Steinkohle besitzen durch ihre unterschiedliche Stoffdichte auch unterschiedliche Wirbel- und Fließeigenschaften. Um diese unterschiedlichen Kohlen gemeinsam fördern zu können, sind spezielle Kornspektren der Kohlen Vorraussetzung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Vergasungsverfahren zu schaffen, das bei einer zuverlässigen und sicheren Betriebsweise die simultane Vergasung von Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades einschließlich solch unterschiedlicher Kohlequalitäten wie Braun- und Steinkohlen erlaubt, wobei der aus einer Mischung der unterschiedlichen Kohlen bestehende Brennstaub aus einem gemeinsamen Dosiersystem dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Vergasungsverfahren nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
Die die Mischung bildenden Kohlen werden also zur Erreichung der gleichen Umsatzgeschwindigkeit in die spezifischen, angegebenen Körnungsbänder aufgemahlen und in Abhängigkeit ihres Inkohlungsgrades auf die spezifischen, angegebenen Restwassergehalte getrocknet.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.
Die Zuführung des aus Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades bestehenden Brennstaubes wird wie folgt gelöst:
die Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschafen in getrennten Trocknungs- und Mahlanlagen auf die entsprechenden Wassergehalte und Körnungsspektren gebracht:

– die nach angegebenen Spezifikationen getrockneten und zu Staub aufgemahlenen Kohleperlen werden in einer gesonderten Einrichtung vermischt und einem Betriebsbunker zur Speicherung aufgegeben,
– aus dem Betriebsbunker werden wechselseitig Druckschleusen mit der Brennstaubmischung befüllt und mit einem Inertgas wie beispielsweise Stickstoff auf Betriebsdruck bespannt,
– das unter Betriebsdruck stehende Brennstaubgemisch wird periodisch aus den Druckschleusen einem Dosiergefäß aufgegeben,
– durch die Zuführung eines Wirbel- und Fördergases wird im Dosiergefäß eine dichte Wirbelschicht erzeugt, aus der das Brennstaubgemisch dem Brenner des Vergasungsreaktors zugeführt wird,
– durch gleichzeitige Zuführung eines freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels wird das Brennstaubgemisch im Vergasungsreaktor zu Rohsynthesegas umgesetzt.

Im Folgenden wird die Erfindung an einer Figur und zwei Ausführungsbeispielen näherer erläutert. Die 1 zeigt dabei das Blockschema der Technologie.
Beispiel 1
Eine Vergasungsanlage ist für eine Leistung von 500 MW brutto zu erstellen. Es ist vorgesehen als Brennstoff eine Mischung aus Steinkohlen- und Braunkohlenstaub einzusetzen. Die beiden Kohlearten werden als Rohkohle angeliefert und müssen zunächst getrocknet und zu Brennstaub aufgemahlen werden. Die Braunkohle ist eine Weichbraunkohle mit einem Wassergehalt von 55% und einem Aschegehalt von 8% wf sowie einem Heizwert von 20500KJ/kg waf, die Steinkohle besitzt einen Wassergehalt von 8% sowie einen Aschegehalt von 12% wf und einen Heizwert von 29500 KJ/kg waf. Für die im Beispiel genannte Braun- und Steinkohle gelten die Bezeichnungen Kohle I und Kohle II. Wegen ihres unterschiedlichen Wassergehaltes und Zerkleinerungsverhaltens sind verschiedene Mahl- und Trocknungstechnologien erforderlich.
Die Braunkohle I wird in einer Trocknungs- und Mahlanlage auf einen Restwassergehalt < 12 Ma% getrocknet und auf die Korngröße ≥ 55 Ma% 100 μm sowie ≥ 97 Ma% < 500 μm zu Brennstaub aufgemahlen.
Die Steinkohle II ist eine niedrigflüchtige, reaktionsträge Kohle mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ≤ 18 Ma% waf, die auf einen Wassergehalt < 2 Ma% getrocknet und auf ein Körnungsband 50 Ma% < 63 μm sowie 95 Ma% < 200 μm in der Trocknungs- und Mahleinheit 2 gebracht wird. Auf Grund ihres spezifischen Körnungsbandes und Wassergehaltes können beide Kohlen separat oder gemischt pneumatisch nach dem Prinzip der Dichtstromförderung dem Vergasungsreaktor zugeführt werden. Bei gemeinsamer Vergasung werden die Brennstaubströme aus den Mahl- und Trocknungseinheiten 1 und 2 einer Mischanlage 3 zu geführt, um eine möglichst homogene Mischung zu erreichen. Anschließend gelangt die Staubmischung in den Betriebsbunker 4, aus dem die Druckschleusen 5 wechselseitig befüllt und mit einem Inertgas auf Betriebsdruck bespannt werden. Der unter Betriebsdruck stehende Staub wird durch Schwerkraftförderung wiederum wechselseitig einem Dosiergefäß 6 aufgegeben. Die geleerte Schleuse 5 wird entspannt, wieder mit Brennstaub aus dem Betriebsbunker 4 befüllt, bespannt und kann ihren Staubinhalt erneut dem Dosiergefäß 6 zuführen. Es können in Abhängigkeit von der Leistung ein bis vier Druckschleusen 5 mit dem Dosiergefäß 6 verbunden sein. In diesem Beispiel werden vier Druckschleusen 5 benötigt. Durch die Anordnung mehrerer Druckschleusen 5 kann aus dem diskontinuierlichen Betrieb der Druckschleuse 5 ein kontinuierlicher Betrieb des Dosiergefäßes 6 erreicht werden. Das Dosiergefäß 6 besitzt im Unterteil eine Verjüngung, in die ein Wirbelboden eingesetzt ist. Durch die Zuführung von Inertgas 11 wird über dem Wirbelboden eine dichte Fluidschicht aus einer Brennstaub-Inertgas-Suspension gebildet, in die Förderleitungen 7 hinein ragen und den Brennstaub zum Vergasungsreaktor 12 transportieren, wo er mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Vergasungsmittel zu Rohsynthesegas umgesetzt wird. Es können eine oder mehrere Förderleitungen 7 zur Anwendung kommen. Das Rohsynthesegas gelangt über die Leitung 10 in nachgeschaltete Reinigungsanlagen. Der in granulierte Schlacke während des Vergasungsprozesses umgewandelte Ascheanteil der Kohlen wird über die Leitung 9 aus dem Vergasungsreaktor ausgeschleust.
Beispiel 2
Eine Vergasungsanlage mit der Leistung des Beispiels 1 wird simultan mit einer Mischung aus einer reaktionsträgen Steinkohle gemäß Beispiel 1 und einer reaktionsfreudigen Kohle mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen > 18 Ma% waf betrieben. Die reaktionsfreudige Steinkohle wird gleichfalls auf einen Wassergehalt < 2 Ma% getrocknet, der erforderliche Korngrößenbereich ergibt sich aus 94 Ma% < 250 μm und 98 Ma% < 500 μm.
Petrolkoks und Anthrazit verhalten sich wie die niedrigflüchtige Steinkohle. Bei Einsatz von Hartbraunkohle ist eine Trocknung auf einen Restwassergehalt < 8 Ma% erforderlich, die Kornverteilung des erzeugten Brennstaubes ergibt sich zu > 94 Ma% < 250 μm und 98 Ma% < 500 μm. Die verschiedenen Brennstäube der Kohlen I und II können auch extern hergestellt und gemeinsam der Mischstation 3 zugeführt werden.
Erfindungsgemäße Gegenstände sind auch durch folgende Merkmalskombinationen gegeben.
Ein Verfahren zur Vergasung von Brennstäuben in einem Flugstromvergaser bei Drücken zwischen Normaldruck und 80 bar bei Temperaturen zwischen 1200–1900°C mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Oxidationsmittel, wobei die Vergasungstemperatur soweit über der Schmelztemperatur der Kohleasche liegt, dass diese schmelzflüssig aus dem Vergasungsraum ausgetragen werden kann, wobei Mischungen von Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades und damit unterschiedlicher Reaktionsfähigkeit sowie unterschiedlichen Wassergehaltes vergast werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die Mischung bildenden Kohlen zur Erreichung der gleichen Umsatzgeschwindigkeit in unterschiedliche Körnungsbänder aufgemahlen werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die Körnungsbänder durch folgende Korngrößenverteilung charakterisiert werden:
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die Kohlen in Abhängigkeit ihres Inkohlungsgrades auf unterschiedliche Restwassergehalte getrocknet werden, die wie folgt festgelegt sind:
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die unterschiedlichen Kohlesorten verschiedenen Trocknungs- und Mahlanlagen zugeführt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die unterschiedlichen Kohlesorten einer gemeinsamen Trocknungs- und Mahlanlage zugeführt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die getrennt getrockneten und gemahlenen Kohlesorten in einer Mischanlage homogen vermischt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist gegeben durch zuvor charakterisiertes Verfahren, bei dem die Staubmischungen in Druckschleusen unter Betriebsdruck gesetzt und pneumatisch als dichte Gas-Brennstaub-Suspension dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.

Kohle I, Kohle II: unterschiedliche Kohletypen
1, 2: Anlagen zur Trocknung und Mahlung der Kohlen
3: Mischstation
4: Betriebsbunker
5: Druckschleusen
6: Dosiergefäß
7: Staubförderleitung
8: Vergasungsreaktor
9: Schlackeabführung
10: Rohgasabführung
11: Inertgaszuführung
12, 13: direkte Brennstaubzuführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0677567 B1 [0003]
- DE 3534015 A1 [0003]
- CN 20042002007 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- H.-D. Schilling „Kohlevergasung", Verlag Glückauf 1979 [0003]
- J. Carl u. a. „Noell-Konversionsverfahen", EF-Verlag für Energie und Umwelttechnik GmbH, 1996, Seite 33 und 73 [0003]

Claims

Verfahren zur Vergasung von Brennstoffen in einem Flugstromvergaser bei Drücken zwischen Normaldruck und 8 MPa bei Temperaturen zwischen 1200–1900°C mit einem freien Sauerstoff enthaltenen Oxidationsmittel, wobei die Vergasungstemperatur soweit über der Schmelztemperatur der Asche liegt, dass diese schmelzflüssig aus dem Vergasungsraum austragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung einer beliebigen Auswahl von mindestens zwei Brennstoffen unterschiedlichen Inkohlungsgrades aus nachfolgender Tabelle mit den darin jeweils angegebenen Korngrößenverteilung und Feuchtegehalt
gemeinsam vergast werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Brennstoffe verschiedenen Trocknungs- und Mahlanlagen zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Brennstoffe einer gemeinsamen Trocknungs- und Mahlanlage zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die getrennt getrockneten und gemahlenen Kohlesorten in einer Mischanlage homogen vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffmischungen in Druckschleusen unter Betriebsdruck gesetzt und pneumatisch als dichte Gas-Brennstaub-Suspension dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.