Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen von backender Steinkohle mittels eines Druckvergasers, bei dem die eine Körnung von bis 100 mm aufweisende Steinkohle mit einem Aschegehalt von bis zu 50 Gew. % und mit einem Wassergehalt von bis zu 50 Gew. % durch eine Schleuse in den schachtförmigen Gaserzeuger des Druckvergasers eingebracht wird und in Form eines Fließbetts unter dem Einfluss der Schwerkraft durch den Gaserzeuger im Gegenstrom zu einem von unten durch einen Drehrost in den Gaserzeuger eingeleitetes Wasserdampf und Sauerstoff oder Kohlendioxid oder Luft oder Kohlendioxid und Luft enthaltendes Vergasungsmittel bei Drücken von 1 bis 100 bar[a], vorzugsweise 15 bis 35 bar[a], nach unten wandert und in zeitlicher Reihenfolge nacheinander mit fließenden Übergängen getrocknet, geschwelt, vergast und verbrannt wird, die erzeugten Aschen am Boden des Gaserzeugers durch eine Schleuse ausgetragen werden, die überwiegende Menge des gewonnenen mit Wasserdampf nicht gesättigten CO, CO ₂ , Hh, N ₂ , H ₂ S, COS, CH ₄ und C _n Hm enthaltenden Produktgases, dessen Temperatur im Bereich zwischen der vom Partialdruck abhängigen Taupunkttemperatur des Wasserdampfs und ca. 800° C liegt, über einen von einem im oberen Abschnitt des Gaserzeugers befestigten Rohrabschnitt und der diesem gegenüberliegenden Innenseite des Gaserzeugers gebildeten nach oben verschlossenen Ringraum zur Gasaustrittsöffnung des Gaserzeugers geleitet wird und die Restmenge des Produktgases durch das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts gesaugt wird, am Kopf des Gaserzeugers abgeleitet wird und über einen im oberen Abschnitt des Gaserzeugers angebrachten Einlass in den von dem Rohrabschnitt und der gegenüberliegenden Innenseite des Gaserzeugers gebildeten Ringraum geleitet wird. Bei der Druckvergasung von backender Steinkohle wird üblicherweise die zerkleinerte auf eine Körnung von 6 bis 100 mm abgesiebte Steinkohle durch eine Schleuse in den schachtförmigen Gaserzeuger des Druckvergasers unter Bildung eines Schüttkegels, der ggf. mechanisch über den Schachtquerschnitt verteilt wird, eingebracht. Durch eine zusätzliche im mittleren Abschnitt des Gaserzeugers, der die eigentliche Reaktionszone bildet, angeordnete mit Rührblättern versehene Rühreinrichtung wird die backende Steinkohle während der Erwärmung in diesem Abschnitt aufgelockert und somit das Zusammenbacken verhindert, da die Steinkohle durch die gebildeten heißen Produktgase auf ihre kohlespezifische Backtemperatur von im Mittel 300° C erhitzt wird und ein fester Kohlekuchen entsteht. Durch die Rührblätter wird der Kohlekuchen in Kohlestücke zerbrochen, so dass das Produktgas durchströmen und damit die Steinkohle vergasen kann, wobei die Korngröße der Kohlenstücke von der Gaserzeugerleistung, der Drehzahl des Rühreinrichtung sowie von der Anordnung und Anzahl der Rührblätter abhängig ist. Als Vergasungsmittel dient ein Sauerstoff/Wasserdampf-Gemisch, Kohlendioxid, Luft oder ein Kohlendioxid/Luft-Gemisch, das von unten durch einen rotierenden Rost in das Kohlebett eingeleitet wird. Das Kohlebett wandert in dem Gaserzeuger langsam nach unten und wird dabei im Gegenstrom zum Produktgas getrocknet, entgast und vergast, so dass schließlich nur noch Asche übrig bleibt, die von einem Drehrost in die Aschenschleuse ausgebracht wird. Da sich bei den bekannten Druckvergasern die Rühreinrichtung üblicherweise in der eigentlichen Reaktionszone des Gaserzeugers befindet, hängt die Leistung des Druckvergasers von dem mit dem Produktgasstrom mitgerissenen Feinkornanteil d.h. vom Unterkornanteil von < 6mm ab. Es ist deshalb erforderlich, den Unterkornanteil der Steinkohle vor der Aufgabe in den Druckvergaser abzutrennen (Lurgi Handbuch, Lurgi Gesellschaften Frankfurt am Main, 2. Auflage 1970; Abschnitt 2.1). Da die Leistung eines herkömmlichen Druckvergasers von dem vom Produktgas mitgerissenen Feinkornanteil abhängig ist, ist es erforderlich, von der für die Druckvergasung vorgesehenen backenden Steinkohle den Feinkornanteil durch Sieben abzutrennen.

Der Begriff „backende Steinkohle" umfasst sowohl Flammkohle mit 40 bis 43 % flüchtigen Bestandteilen als auch Gasflammkohle mit 35 bis 40 % flüchtigen Bestandteilen sowie Gaskohle mit 28 bis 35 % flüchtigen Bestandteilen und Fettkohle mit 19 bis 28 % flüchtigen Bestandteilen. Bei dem aus der DE 10 2007 017402 A1 bekannten Verfahren zum Druckvergasen fester Brennstoffe zu brennbarem Produktgas wird am oberen Ende des Druckvergasers kontinuierlich ein Teilstrom, vorzugsweise 5 bis 25 Vol. %, des erzeugten Produktgases stromauf durch den in der Speicherzone oberhalb des eigentlichen Reaktionsraums bewegten Abschnitt des Fließbetts geleitet und über einen im Oberteil des Druckvergasers befindlichen Ausgang ausgeschleust und über einen im Oberteil des Druckvergasers angebrachten Eingang zurückgeschleust. Durch diese Maßnahme gelingt es, die in dem eingesetzten Brennstoff enthaltene Feuchtigkeit vor dem Eintritt des Fließbetts in den eigentlichen Reaktionsraum des Druckvergasers vollständig bzw. zu wenigstens 90 Gew. % auszutreiben und zusätzlich den Brennstoff vorzuwärmen, so dass vergleichsweise größere Aufheizgeschwindigkeiten möglich sind und dadurch eine größere Leistung des Druckvergasers erzielbar ist. Bei gleicher Aufheizgeschwindigkeit ist der Anteil an Kohle- und Aschstaub im Produktgas bei getrockneten Brennstoffen deutlich niedriger als beim Einsatz von ungetrockneten Brennstoffen. Der Anteil an Kohle- und Aschestaub im Produktgas ist so klein, dass in den dem Druckvergaser nachgeschalteten Apparaten, wie beispielsweise Abhitzekessel, Abstoß- und Kühleinrichtungen für das Gaswasser, keine Betriebsstörungen durch Stauablagerungen verursacht werden. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sich auch Brennstoffe mit großen Feuchtigkeitsgehalten, wie Braunkohle, Torf und Biomasse, problemlos verarbeiten lassen. Die Trocknung ist bei allen Betriebzuständen des Druckvergasers unter der Voraussetzung möglich, dass das Produktgas nicht mit Wasserdampf gesättigt ist und eine im Bereich zwischen der partialdruckabhängigen Taupunkttemperatur des Wasserdampfs und 800° C liegende Temperatur besitzt. Auch bei diesem Verfahren besteht die Notwendigkeit, den Feinkomanteil der Steinkohle vor deren Aufgabe in den Druckvergaser durch Sieben abzutrennen, um eine ausreichende Leistung des Druckvergasers zu gewährleisten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs beschriebenen Prozess so zu modifizieren, dass in Verbindung mit einer Leistungssteigerung des Druckvergasers das Abtrennen des Feinkornanteils von der für das Druckvergasen vorgesehenen backenden Steinkohle unterbleiben kann. Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, dass das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts durch die hindurchgesaugte Restmenge des Produktgases auf eine Temperatur von 260 bis 380° C erwärmt und gleichzeitig mechanisch aufgelockert wird und in einem zwischen der Austragsöffnung der Schleuse für den Kohleeintrag und der oberen Öffnung des Gaserzeugers bestehenden Abschnitt die in dem nach oben aus dem Fließbett austretenden Produktgas enthaltenen Aschenpartikel und der durch das austretende Produktgas mitgerissene Feinkornanteil der über die Schleuse eingetragenen Steinkohle abgetrennt und in das in dem Rohrabschnitt befindliche Fließbett eingetragen werden. Durch diese Maßnahme finden das Schwelen der Kohle und das zeitgleiche Auflockern des Fließbetts oberhalb der eigentlichen im mittleren Abschnitt des Gaserzeugers liegenden Reaktionszone in dem als Pufferzone dienenden Rohrabschnitt statt. Der Feinkohleanteil der eingetragenen Steinkohle sowie die aus dem Produktgas abgetrennten Aschepartikel werden in der Pufferzone in die Kohle eingesintert, so dass die für den Einsatz in der Druckvergasung vorgesehne Kohle lediglich auf eine Korngröße von < 100 mm zerkleinert werden muss und ein Absieben des Feinkornanteils vor der Aufgabe der Steinkohle in den Druckvergaser entfallen kann. Durch die erfindungsgemäße Betriebsweise lässt sich beim Einsatz backender Steinkohle die gleiche oder auch eine größere Gaserzeugerleistung als beim Einsatz von nicht-backender Steinkohle erreichen. Da der an den Rohrabschnitt nach unten anschließenden Reaktionszone des Gaserzeugers geschwelte und gebrochene Kohle zugeführt wird, wird eine höhere Gaserzeugerleistung erzielt.

Zweckmäßigerweise werden 60 bis 80 Vol. % des im unteren und mittleren Abschnitt des Gaserzeugers gewonnenen eine Temperatur von 300 bis 700° C besitzenden Produktgases über den in dem oberen Abschnitt des Gaserzeugers zwischen dessen Innenwand und dem in diesem Abschnitt angebrachten Rohrabschnitt bestehenden Ringraum aus dem Gaserzeuger ausgeleitet.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird das durch das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts hindurchgesaugte gereinigte Produktsgas am Kopf des Gaserzeugers ausgeleitet und vor dem Einleiten in den Ringraum auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts des Produktgases abgekühlt. Das dabei gebildete Kondensat wird aus dem Prozess ausgeleitet. Zusätzlich ist im Rahmen der Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Menge des durch das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts hindurchgesaugten Produktgases in Abhängigkeit von der Temperatur des Produktgases zu regeln. Je größer die Menge des pro Zeiteinheit durch das Fließbett hindurchgesaugten Produktgases ist, um so größer ist seine Wärmeabgabe und umgekehrt. Dazu wird die Drehzahl des das Produktgases ansaugenden Gebläses in Abhängigkeit von der Temperatur des Teilstroms stetig geregelt. Da die Temperaturreglung des aus dem Gassammeiraum austretenden Produktgases unabhängig von der Gaserzeugerleistung immer an der gleichen Stelle erfolgt, kann der sich in den Rohrabschnitt erstreckende Rührer, der keiner Wechselbeanspruchung durch die Temperatur ausgesetzt ist, einfacher gestaltet werden.

Bei dem Druckvergaser zur Durchführung des Verfahrens befindet sich erfindungsgemäß im Bereich zwischen dem Austragsöffnung der Schleuse für den Kohleeintrag und der oberen Öffnung des Gaserzeugers ein Gassammeiraum für die durch das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts hindurchgesaugte Restmenge des Produktgases mit wenigstens einem darin angeordneten Fliehkraftabscheider, dessen Austrittsöffnung mit einer im Gaserzeuger im Bereich des Ringraums angebrachten Eintrittsöffnung verbunden ist und dessen Austragsöffnung für die Aschen- und Kohlepartikel sich in das in dem Rohrabschnitt befindliche Segment des Fließbetts erstreckt. Im Einlaufzylinder des Fliehkraftabscheiders werden die in dem angesaugten Produktgas enthaltenen Aschenpartikel sowie der von dem Produktgas mitgerissene Feinkornanteil der zugeführten Steinkohle auf eine kreisförmige Bahn gebracht; durch die nach unten erfolgende kegelförmige Verjüngung des Einlaufzylinders des Fliehkraftabscheiders werden die Partikel an die Kegelwand geschleudert und das Produktgas verlässt den kegelförmigen Abschnitt des Einlaufzylinders durch ein mittiges Tauchrohr nach oben, während die abgeschiednen Aschen - und Kohlepartikel nach unten in das Fließbett eingetragen werden.

Eine Ausgestaltung des Druckvergasers besteht in der Anordnung mehrerer Fliehkraftabscheider. Bekannt ist aus der EP 1 133 539 B1 ein Reaktor zum Vergasen körniger Brennstoffe, die sich in Form eines Festbetts in einem Reaktor befinden, wobei in den unteren Bereich des Festbetts ein sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel eingeleitet und am Kopf des Reaktors ein Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltendes Produktgas abgezogen wird. In dem Reaktor ist wenigstens ein Fliehkraftabscheider zum Abtrennen der in dem Produktgas enthaltenen Feststoffe angeordnet, die nach dem Abscheiden wieder in das Festbett geleitet werden. Der Reaktor dient demnach nur zum Vergasen körniger Brennstoffe in einem Festbett, wobei offensichtlich nur die Reinigung des aus dem Festbett oben austretenden Produktgases vorgesehen ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Längsschnitts einesDruckvergasers in Verbindung mit zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Der Druckvergaser (1) besitzt einen Doppelmantel (2) mit Druckwasser- Verdampfungskühlung, bei dem auf eine Körnung von 3 bis 100 mm zerkleinerte backende Steinkohle kontinuierlich oder diskontinuierlich über die Schleuse (3) in den Gaserzeuger (4) des Druckvergasers (1) eingetragen wird und sich in Form eines Fließbetts (5) unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten bewegt. Im Oberteil

(6) des Gaserzeugers (4) ist ein als Pufferzone dienender Rohrabschnitt (7) konzentrisch angeordnet, der mit der gegenüberliegenden Innenseite des Gaserzeugers (4) einen Ringraums (8) bildet, der nach oben abgeschlossen ist. Die durch die Schleuse (3) eingetragene Steinkohle wird in dem Rohrabschnitt (7) mittels einer Restmenge des erzeugten im Gegenstrom zur Bewegung des Fließbetts (5) strömenden Produktgases auf eine Temperatur im Bereich von 260 bis 380° C erwärmt, so dass die Steinkohle in dem Rohrabschnitt (7) sowohl getrocknet als auch geschwelt wird. Um in dem Rohrabschnitt (7) als Folge des Schwelens das Entstehen eines festen Kohlekuchens zu unterbinden, taucht in den Rohrabschnitt

(7) von oben her ein Balkenrührer (9) ein, durch den der beim Schwelen sich bildende Kohlekuchen immer wieder zu Kohlestücken zerkleinert wird, so dass die Restmenge des Produktgas das im Rohrabschnitt (7) bewegte Segment des Fließbett (5) durchströmen kann. Die Korngröße der bei der Auflockerung des Kohlekuchens anfallenden Kohlestücke hängt von der Gaserzeugerleistung, der Drehzahl des Balkenrührers (9) sowie von der Anordnung und der Anzahl der Rührbalken (10) ab. Bei der Bewegung des Fließbetts (5) durch den Mittel- und Unterteil (11) des Gaserzeugers (4) wird die geschwelte Kohle in zeitlicher Reihenfolge nacheinander vergast und verbrannt. Über Leitung (12) wird das Vergasungsmittel von unten her durch den rotierenden Rost (13) in das Fließbett (5) eingeleitet. Die nach dem Verbrennen übrigbleibenden Aschen werden von dem rotierenden Rost (13) kontinuierlich in die am unteren Ende des Gaserzeugers (4) angeordnete Aschenschleuse (14) ausgebracht. Der größere Volumenteil des erzeugten aus dem Fließbett (5) abströmenden Produktgases sammelt sich in dem von dem Rohrabschnitt (7) und der gegenüberliegenden Innenseite des Gaserzeugers (4) gebildeten Ringraum (8) und wird aus diesem über die in dem Doppelmantel (2) des Druckvergasers (1) angebrachten Gasaustrittsöffnung (15) ausgeleitet und an nachfolgende, nicht dargestellte Behandlungsapparate weitergeleitet. Zwischen der Schleuse (3) für das Eintragen der Steinkohle und dem oberen Ende des Gaserzeugers (4) befindet sich ein Gassammeiraum (16) für das aus dem in dem Rohrabschnitt (7) bewegten Segment des Fließbetts (5) nach oben austretende Restmenge des Produktgases. In dem Gassammeiraum (16) sind zwei Fliehkraftabscheider (17) so angeordnet, dass aus dem aus dem in dem Rohrabschnitt (7) befindlichen Segment des Fließbetts (5) nach oben abströmenden Restmenge des Produktgases die darin enthaltenen Aschepartikel sowie gleichzeitig der in der eingetragenen Steinkohle enthaltene von dem Produktgas mitgerissene Feinkornanteil von < 6 mm abgetrennt und über die Fliehkraftabscheider (17) in das in dem Rohrabschnitt (7) befindliche Segment des Fließbett (5) eingetragen werden. Im Einlaufzylinder der Fliehkraftabscheider (17) wird das die Asche- und Kohlepartikel enthaltende Produktgas tangential angesaugt und die Partikel in dem anschließenden kegelförmigen Abschnitt durch die Fliehkraft abgetrennt und in das in dem Rohrabschnitt (7) bewegte Segment des Fließbetts Fließbett (5) abgeschieden. Das gereinigte Produktgas verlässt den kegelförmigen Abschnitt des Fliehkraftabscheiders (17) und wird über zwei in der Wand des Gassammeiraums (16) angeordnete Ausgangsöffnungen (18, 19) abgeleitet und über Leitung (20) der in den Ringraum (8) mündenden Gaseintrittsöffnung (21) zugeführt. Durch das in der Leitung (20) angeordnete Gebläse (22) wird die Restmenge des Produktgases durch das durch den Rohrabschnitt (7) bewegte Segment des Fließbetts (5) gesaugt. Das über die Leitung (20) abgeführte gereinigte Produktgas wird durch den in der Leitung (20) eingebauten Wärmeübertrager (23) gekühlt, aus dem über Leitung (24) das entstandene Gaskondensat abgeführt wird. Über den Regelkreis (25) wird die Drehzahl des Gebläses (22) in Abhängigkeit von der Temperatur des gereinigten Produktgases stetig geregelt.

1. Ausführunqsbeispiel (Stand der Technik)

In den Gaserzeuger eines herkömmlichen Druckvergasers werden über eine Schleuse 40 t/h Fettkohle, enthaltend 20,6 Gew. % flüchtige Bestandteile, 50,9 Gew. % festen Kohlenstoff, 10 Gew. % Wasser und 18,5 Gew. % Aschen, kontinuierlich eingebracht. Ein als Vergasungsmittel dienendes Sauerstoff/Wasserdampf-Gemisch mit einem Verhältnis von Wasserdampf zu Sauerstoff von 5,8 wird von unten her durch den rotierenden Rost in das von der Steinkohle gebildete Fließbett, das langsam durch den Gaserzeuger von oben nach unten wandert, geleitet und dabei im Gegenstrom zum dem Vergasungsmittel in zeitlicher Reihenfolge nacheinander bei einem Druck von 28 bar[a] und bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 30° C/min getrocknet, geschwelt, vergast und verbrannt, so dass schließlich nur noch Aschen übrigbleiben, die von dem rotierende Rost in die Aschenschleuse ausgebracht werden. Aus dem Gaserzeuger des Druckvergasers wird ein Produktgas, bestehend aus 27,8 Vol. % CO ₂ , 23 Vol. % CO, 28,6 Vol. % H ₂ , 9,1 Vol. % CH ₄ , 0,4 Vol. % C _n H _m , und 0,4 Vol. % N ₂ kontinuierlich abgezogen und einer Weiterverarbeitung zugeführt. Die Ausbeute an Produktgas beträgt (trocken gerechnet) 2400 Nm ³ /t wasser- und aschefreie Steinkohle. Bei der Vergasung der Steinkohle wird das Fließbett im Bereich des mittleren und/oder des unteren Abschnitts des Gaserzeugers während der Erwärmung mittels eines Rührers aufgelockert und dadurch das Zusammenbacken der Kohle verhindert. Die Leistung des Druckvergasers ist damit von dem von dem Produktgas mitgerissenen Feinkohle und somit von dem Feinkohleanteil mit einer Korngröße von < 6mm abhängig.

2. Ausführunqsbeispiel: (Erfindung)

Dem Gaserzeuger (4) des Druckvergasers (1) werden über die Schleuse (3) 40 t/h Fettkohle mit der gleichen Zusammensetzung, wie im 1. Ausführungsbeispiel aufgeführt, kontinuierlich oder diskontinuierlich aufgegeben und unter dem Einfluss der Schwerkraft in Form eines Fließbetts (5) durch den Gaserzeuger (4) geleitet. Über den Drehrost (13) wird ein Sauerstoff/Wasserdampf-Gemisch, bei dem das Verhältnis von Wasserdampf zu Sauerstoff 5,8 beträgt (das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff hängt vom Ascheerweichungspunkt ab und liegt im Bereich von 4,5 bis 7,7 kg Wasserdampf/Nm ³ Sauerstoff), von unten her in das Fließbett (5) geleitet. 75 Vol. % des im unteren und mittleren Abschnitt (11) des Gaserzeugers (4) entstandenen eine Temperatur von 450° C besitzenden Produktgases strömen über den im oberen Abschnitt (6) des Gaserzeugers (4) zwischen dessen Innenwand und dem in diesem Abschnitt angeordneten Rohrabschnitt (7) bestehenden Ringraum (8) zu der Gasaustrittsöffnung (15) des Gaserzeugers (4). Der Restmenge des Produktgases von 2400 Nm ³ Zt wasser- und aschefreie Kohle wird kontinuierlich durch das in dem Rohrabschnitt (7) befindlichen Segment des Fließbetts (5) gesaugt und dabei die Fettkohle sowohl getrocknet als auch geschwelt, wobei der durch das Schwelen sich bildende Kohlekuchen kontinuierlich durch in den Rohrabschnitt (7) ragenden Balkenrührer (9) ständig aufgelockert wird, so dass das Fließbett (5) von dem Produktgas ungehindert durchströmt werden kann. Von der aus dem in dem Rohrabschnitt befindlichen Segment des Fließbett (5) nach oben austretende Restmenge des Produktgases werden die darin enthaltenen Aschepartikel und der mit der Fettkohle eingetragene von dem Produktgas mitgerissene Feinkornanteil von < 6 mm mittels zwei in dem Gassammeiraum (16) angeordneten Fliehkraftabscheidern (17) abgetrennt und in das in dem Rohrabschnitt (7) befindliche Segment des Fließbetts (5) ausgetragen. Da die Trocknung und Schwelung der eingesetzten Fettkohle bereits in der von dem Rohrabschnitt (7) gebildeten Pufferzone des Fließbetts, d.h. außerhalb der eigentlichen Reaktionszone (11) des Gaserzeugers (4) erfolgt, dabei der sich bildende Kohlekuchen ständig aufgelockert und die Aschepartikel sowie der Feinkornanteil der eingeschleusten Fettkohle durch die Fliehkraftabscheider (17) kontinuierlich abgesaugt werden, kann sowohl auf eine Absiebung der zerkleinerten für den Einsatz in der Druckvergasung vorgesehenen Fettkohle verzichtet und eine Steigerung der absoluten Leistung auf Druckvergasers (1) auf 4100 Nm ³ Zt trockenes Produktgas pro t wasser- und aschefreie Fettkohle erreicht werden.