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Gasification

Der HTWTM Fließbettprozess

Der HTWTM-Fließbettprozess

Auf Basis von Vorversuchen in einer Anlage im Labormaßstab an der Technischen Universität Aachen hat Rheinbraun in ihrem Kohleverarbeitungsbetrieb Wachtberg in Frechen bei Köln eine Pilotanlage gebaut, um den HTW™-Prozess zu testen.

Dieses Projekt wurde vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) gefördert, und thyssenkrupp Industrial Solutions war verantwortlich für die Technik, die Beaufsichtigung der Bau- und Montagearbeiten und für die Inbetriebnahme der Anlage. Die Ingenieure von thyssenkrupp Industrial Solutions und Rheinbraun führten die Tests gemeinsam durch und nahmen die Bewertung der Ergebnisse vor. Die Pilotanlage wurde im Sommer 1978 in Betrieb genommen. Die Tests zielten vor allem auf die Bewertung des Prozess-Designs ab:

  • Vergasung unter Druck
  • Vergasung unter erhöhter Temperatur
  • Verbesserung des Kohlenstoffumwandlungsgrads
  • Verbesserung der Gasqualität"

In Anbetracht der guten Ergebnisse, die in der Pilotanlage erzielt wurden, hat die Rheinische Braunkohlewerke AG beschlossen, eine Demonstrationsanlage zur Vergasung von Flüssigkeiten zu installieren. Die Anlage begann 1986 mit der Erzeugung von Synthesegas, das für die Produktion von Methanol geeignet war, das durch eine Pipeline zur Methanol-Syntheseanlage der Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG transportiert wurde, um die Machbarkeit der Methanolproduktion aus Lignit zu demonstrieren. Die Berrenrath-Anlage demonstrierte eine exzellente Leistung, hohe Verfügbarkeit, einen robusten Betrieb und die Möglichkeit, zusätzlich Festabfälle in der Größenordnung von bis zu 50% beizumischen.

Bevorzugte Anwendungen

INPUT: Gering inkohlte und hochreaktive Einsatzstoffe, wie z.B. Lignit, Torf, Biomasse, Abfall, mit hohem Aschegehalt oder hohem Ascheerweichungsunkt.

OUTPUT: Erdgasaustauschgas oder Chemikalien sowie Energie

Die wichtigsten Prozessdaten

Einstrangkapazität von bis zu 700 MWth

1. Charge bin

2. Feed srew

3. HTW gasifier

4. Cyclone

5. Waste heat boiler

6. Filter

7. Lock hopper

8. Wet dedusting

9. Cooling screw

10. Lock hopper system

Hauptprozessmerkmale

  • Fließbett
  • Operiert unter dem Ascheerweichungspunkt
  • Trockenzufuhrsystem
  • Zyklon
  • Der Vergasung nachgeschaltete Zone zur Teerbeseitigung
  • Mehrere Sauerstoffdüsen für optimale Verteilung

Prozessbeschreibung

Im Fließbett wird eine hohe Material- und Energie-Transferrate erzielt, und dies gewährleistet eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Vergasers. Die Temperatur wird unter dem Ascheerweichungspunkt gehalten.

Für die Zufuhr des Einsatzstoffs zum HTW™-Vergaser werden Förderschnecken oder Fallrohre eingesetzt. Wegen des Vergaserdrucks muss sowohl die Zufuhr als auch die Bodenaschebeseitigung über Beschickungs- bzw. Austragsschleusen erfolgen. Die Vergasungsmittel, Dampf und Sauerstoff (oder Luft), werden am Boden des Vergasers (wo sie gleichzeitig als Verflüssiger für das Fließbett dienen) und auch in das Fließbett sowie darüber in die so genannte Post-Vergasungszone eingeleitet, um die Gasqualität und Umwandlungsrate durch die Temperaturzunahme zu verbessern.

Flussdiagramm des Prozesses

Prozessgeschichte

Der Fließbettvergasungsprozess wurde in den 1920er Jahren von Fritz Winkler in Deutschland entwickelt. Industrielle Winkler-Vergaser wurden in über 40 Einsatzbereichen weltweit betrieben. In den 1970er Jahren begann thyssenkrupp Industrial Solutions zusammen mit Rheinische Braunkohlewerke AG mit der Entwicklung einer mit Druck arbeitenden Version des Winkler-Vergasers – dem Hochtemperatur-Winkler-Vergasungsprozess (High Temperature Winkler (HTW™) gasification process). Der HTW™-Prozess erlaubt eine kürzere Verweilzeit, höhere Reaktionsgeschwindigkeit und einen höheren Reaktordurchsatz und daher eine höhere Anlagenkapazität, Kohlenstoffkonversionsrate, Anlageneffizienz und verbesserte Syngasqualität. Im Jahr 1978 nahm die HTW™-Pilotanlage in Frechen, Deutschland, mit einem Druck von 10 bar ihren Betrieb auf. "

Die dort gewonnene Betriebserfahrung legte den Grundstein für das Design und die Konstruktion der industriellen HTW™-Anlage in Berrenrath, die 1986 begann, rheinische Braunkohle in Methanol umzuwandeln. Die Berrenrath-Anlage erreichte Anlagenverfügbarkeiten von über 8.000 Stunden pro Jahr. Im Jahr 1988 nahm eine weitere industrielle HTW™-Vergasungsanlage für Kemira in Oulu, Finnland, ihren Betrieb auf.

Diese Anlage wandelte 100% Biomasse (Torf) in Ammoniak um. Im Rahmen der Weiterentwicklung des HTW™- Prozesses für IGCC-Anwendungen und des späteren Engineerings für die KoBra IGCC Anlage in Hürth nahm im Jahr 1989 in Wesseling eine weitere 25-bar-HTW™-Vergasungsanlage ihren Betrieb auf. Mitte der 1990er Jahre wurde die HTW™-Anlage in Wesseling mit Luft statt Sauerstoff als Reaktant betrieben. Hier konnten Kohlenstoffwandlungsgrade von bis zu 95% erreicht werden. Etwa um dieselbe Zeit führte die HTW™-Anlage in Berrenrath ein Programm durch, bei dem bis zu 30% kommunaler Müll / Kunststoffabfälle dem Feedstock beigemischt und dem Vergaser zugeführt wurden. Wegen der ausgezeichneten Ergebnisse wählte Sumitomo Heavy Industries den HTW™-Prozess für eine kommunale Festabfallvergasungsanlage, die im Jahr 2000 in Niihama, Japan, ihrem Betrieb aufnahm.

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