DD236547A1

DD236547A1 - Verfahren zur rueckfuehrung von teer-staub-gemischen in druckgasgeneratoren

Info

Publication number: DD236547A1
Application number: DD85275412A
Authority: DD
Inventors: Dieter Eidner; Bernd Meyer; Siegfried Paul; Wilhelm Hoppe; Peter Modde; Wilhelm Mottitschka; Karl-Dieter Roscher
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1985-04-22
Publication date: 1986-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rueckfuehrung von Teer-Staub-Gemischen in Druckgasgeneratoren, die bei der Entstaubung und Entteerung von Druckvergasungsrohgasen anfallen. Ziel der Erfindung ist die wirtschaftliche Nutzung des Teer-Staub-Gemisches und die Erzeugung eines weiterverarbeitbaren Rohteeres. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, beinhaltet eine Kreislauffuehrung des Gemisches ohne Pumpen so zu realisieren, dass das Teer-Staub-Gemisch wasserfrei und staubarm anfaellt. Erfindungsgemaess wird das Teer-Staub-Gemisch aus dem Sumpf eines Waschkuehlers, in dem die Temperatur oberhalb des Wasserdampftaupunktes gehalten wird, ganz oder teilweise durch den Prozessdruck in die Kohleschleuse zurueckgefuehrt, wobei zur weiteren Bespannung der Kohlenschleuse und zur Reinigung der Rohrleitung Rohgas verwendet wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückführung von Teer-Staub-Gemischen in Druckgasgeneratoren, die bei der Entstaubung und Entteerung von Druckvergasungsrohgasen anfallen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Praktiziert wird derzeit die Entstaubung und Entteerung des Rohgases von mit Braunkohlenbriketts betriebenen· Festbettgeneratoren in Waschkühlern durch Einsprühen von Umlaufwasser unter Bildung eines Staub-Dickteer-Wasser-Gemisches. Dieses Staub-Dickteer-Wasser-Gemisch wird aus dem Waschkühler entnommen und nach der Entspannung auf Atmosphä.rendruck in Absetzbecken in eine wäßrige Phase und ein wasserhaltiges Staub-Dickteer-Gemisch getrennt. Eine Rückführung des Staub-Dickteer-Gemisches in den Druckgasgenerator ist infolge der erforderlichen Druckerhöhung auf ca. 3MPa, der ungenügenden Pumpfähigkeit und der stark schwankenden Eigenschaften, insbesondere des Feststoff- und des Wassergehaltes des Gemisches, technisch nur schwer beherrsch bar. Das anfallende Staub-Dickteer-Gemisch wird deshalb vorwiegend deponiert und bleibt zunächst ungenutzt bzw. wird mit Rohkohle gemischt der Kesselkohle eines Kraftwerks zugegeben.

Der Nachteil dieser Lösung besteht in der aufwendigen Technologie, in der hohen Umweltbelastung und in der teilweisen Nutzung der wertvollen Kohlenwasserstoffe lediglich als Kesselbrenhstoff.

Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen (DD 156711), in den Waschkühler nur soviel Wasser einzudüsen, daß dieses vollständig verdampft und sich eine Rohgasaustrittstemperatur am Waschkühlerausgang einstellt, die mindestens 15 bis 2OK unter dem Teertaupunkt und mindestens 5OK über dem Wasserdampftaupunkt liegt.

Auf diese Weise sol I ein wasserfreies Kondensat im Waschkühler anfallen. Die Entstaubung des Rohgases im Wasch kühler wird durch eine Kreislaufführung des im Sumpf anfallenden Teeres erreicht.

Das im Waschkühlersumpf anfallende Teer-Staub-Gemisch wird mittels einer Pumpe zum Zwecke der Vergasung des Staubanteiles und der Bildung leichterer Kohlenwasserstoffe aus dem Teer über eine Rohrleitung vollständig in den Generator zurückgeführt. Um die Pumpfähigkeit des Teer-Staub-Gemisches zu gewährleisten, wird in den Waschkühler zusätzlich staubarmes Teeröl eingespeist und mit in den Generator zurückgeführt.

Das zur Gaskühlung in den Waschkühler eingedüste Wasser wird dem Sumpf des dem Waschkühler nachgeschalteten Abhitzekessels entnommen.

Der Nachteil dieser Lösung besteht in der Bereitstellung geeigneter Pumpen für die Rückführung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator und die Kreislaufführung des Teer-Staub-Gemisches, in der Notwendigkeit der Heranführung und im Verbrauch zusätzlichen " eeröles und im hohen regelungstechnischen Aufwand zur Regelung des Flüssigkeitsstandes im Waschkühlersumpf. Des weiteren wird bei der lokal begrenzten Einspeisung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator keine gleichmäßige Verteilung in der Kohleschüttung erreicht und die Rückführung des Teer-Staub-Gemisches kann den Betriebsbedingungen des Druckgasgenerators nicht angepaßt werden. Ein weiteres Problem ist die Sicherung der Wasserfreiheit des Teer-Staub-Gemisches allein durch Vorgabe der Gasaustrittstemperatur aus dem Waschkühler ohne eine direkte Kontrolle.

In einer anderen Lösung (DE-AS 2646568) wird die Kühlung des aus dem Druckgasgenerator austretenden Rohgases in einem Abhitzekessel auf 260 bis 300⁰C durchgeführt. Die Trennung des im Sumpf des Abhitzekessels anfallenden Teer-Staub-Gemisches erfolgt in einem Dekantiersystem. Die im Dekantiersystem anfallende staubreiche Teermenge wird in den Druckgasgenerator zurückgeführt, während die staubarme Teermenge am Kopf des Abhitzekessels eingesprüht wird. Diese Lösung erfordert einen hohen zusätzlichen apparate- und regelungstechnischen Aufwand. Ein entscheidender Nachteil besteht darin, daß die Förderung der teilweise nicht mehr pumpfähigen.staubreichen Teermenge technisch nur schwer beherrschbar ist.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Rückführung des bei der Entstaubung und Entleerung von Vergasungsrohgasen anfallenden Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator zur wirtschaftlichen Nutzung im Vergasungsprozeß und die Erzeugung eines für die Weiterverarbeitung geeigneten Rohteeres.

Darlegung des Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Rückführung des Teer-Staub-Gemisches aus dem Waschkühler in den Druckgasgenerator ohne Einsatz von Pumpen und mit geringem regelungstechnischem Aufwand über eine geeignete Kreislaufführung so zu realisieren, daß das Teer-Staub-Gemisch wasserfrei und staubarm anfällt und weitgehend unabhängig von den Betriebs-und Bekohlungsverhältnissen gut fließfähig und für die Weiterverarbeitung geeignet ist. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß

— die in den, dem Druckgasgenerator nachgeschalteten Waschkühler einzudüsende Wassermenge so geregelt wird, daß die Gasaustrittstemperatur dicht oberhalb des Wasserdampftaupunktes liegt und daß die Wasserfreiheit des gebildeten Teer-Staub-Gemisches gewährleistet ist;

— das im Waschkühlersumpf anfallende Teer-Staub-Gemisch oder ein der Prozeßführung angepaßter Anteil dieses Gemisches ohne Einsatz von Pumpen über die Kohleschleuse in den Druckgasgenerator zurückgeführt und der überschüssige Anteil zur Weiterverarbeitung aus dem Waschkühler ausgeschleust wird;

— die Bespannung des Kohleschleuse vom Waschkühlersumpf aus mit Teer-Staub-Gemisch und Rohgas erfolgt;

— die Kontrolle der Wasserfreiheit des im Waschkühler anfallenden Teer-Staub-Gemisches durch Temperaturmessung im Waschkühlersumpf und in der Entspannungsleitung erfolgt;

— bei der Rückführung eines genügend großen Anteiles des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator die im Waschkühler kondensierende Teermenge zur Entstaubung des Rohgases ausreicht und ein zusätzlicher Teer-Staub-Kreislauf zwischen Sumpf und Kopf des Waschkühlers entfällt.

Die Bildung eines wasserfreien und staubärmen Teer-Staub-Gemisches ist für dessen Rückführung in den Druckgasgenerator und für dessen Weiterverarbeitung von großer Bedeutung. Im Wasch kühler wird ein wasserfreies Teer-Staub-Gemisch dadurch erzeugt, daß die zur Kühlung des Gases eingedüste Wassermenge so geregelt wird, daß die Gasaustrittstemperatur ausreichend hoch über dem Wasserdampftaupunkt von ca. 210⁰C bleibt. Das Teer-Staub-Gemisch ist dann wasserfrei, wenn die Temperatur im Waschkühlersumpf oberhalb des Wasserdampfpunktes des Gases liegt und wenn bei der Entspannung dieses Gemisches keine wesentliche Verdampfungskühlung eintritt. Als Regelgröße für die einzudüsende Wassermenge dienen somit neben der Gasaustrittstemperatur aus dem Waschkühler die Temperatur im Waschkühlersumpf und in der Rohrleitung nach dem Bespannungs- oder nach dem Ausschleuseventil aus dem Waschkühlersumpf.

Die Rückführung eines bestimmten Anteiles des Teer-Staub-Gemisches über die Kohleschleuse in den Druckgasgenerator wird dadurch erreicht, daß die mit Einsatzkohle gefüllte, unter Normaldruck stehende Kohleschleuse durch den Prozeßdruck über einen Entnahmestutzen vom Waschkühlersumpf mit Teer-Staub-Gemisch und anschließend mit Rohgas bespannt wird. Bei der Bespannung wird der Füllstand auf ein unteres Niveau, das durch die Höhe des Entnahmestutzens festgelegt ist, abgesenkt. Das nachströmende Rohgas reinigt die Bespannungsleitung weitgehend von Flüssigprodukten. Der für die Weiterverarbeitung bestimmte Anteil des Teer-Staub-Gemisches wird über das Entspannungsventil des Füllstandreglers ausgeschleust. Der Füllstand wird dabei auf einem oberen Niveau gehalten, dessen Höhe den in den Druckgasgenerator zurückzuführenden Anteil bestimmt. Sie wird entsprechend der Prozeßführung des Druckgasgenerators festgelegt. Das Teer-Staub-Gemisch kann praktisch vollständig in den Druckgasgenerator zurückgeführt werden, wenn das obere .Füllstandsniveau genügend hoch liegt und nur zur Maximalwertüberwachung genutzt wird.

Die Art der Rückführung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator bewirkt eine wesentliche Senkung der Staubaustrages. Bereits in der Kohleschleuse wird die Kohleoberfläche vollständig benetzt und getränkt sowie der eingebrachte Kohlenstaub gebunden. Der Benetzungsvorgang wird durch den oleophilen Charakter der Kohle begünstigt. Der Bekohlungsvorgang erfolgt staubarm. Der durch kondensierenden Wasserdampf verursachte Brikettzerfall in den oberen Schichten der Brennstoffschüttung und der damit im Zusammenhang stehende Staubaustrag in Höhe bis ca. 30% der Gesamtmenge bei Einsatz von Niederlausitzer Briketts wird stark eingeschränkt. Zudem wird Staub aus den tieferen Schichten stärker abgeschieden." Der mit Teer gebundene Staubanteil gelangt auf Grund der Agglomerations- und Haftneigung bei der thermischen Zersetzung zum überwiegenden Teil mit der Brennstoffschüttung in die heiße Zone und wird vergast. Diese Effekte bewirken bei gleichzeitiger Erhöhung des Anfalls niedrigsiedender Teerbestandteile eine deutliche Absenkung des Staubgehaltes im Teer-Staub*-Gemisch. Weitgehend unabhängig von den Betriebs- und Bekohlungsbedingungen fällt ein gut fließfähiges und für die Weiterverarbeitung geeignetes Produkt an.

Wenn ein genügend großer Anteil des Teer-Staub-Gemisches bzw. die gesamte Menge in den Druckgasgenerator zurückgeführt wird, steigt der Teergehalt des Rohgases bei gleichzeitiger Minderung des Staubgehaltes so weit an, daß die im Waschkühler kondensierende Teermenge für die Rohgasentstaubung mengenmäßig ausreichend ist. Bei überwiegender Abgabe des Teer-Staub-Gemisches zur Weiterverwertung wird eine zusätzliche Kreislaufführung des Teer-Staub-Gemisches zwischen Sumpf und Kopf des Waschkühlers zur Rohgasentstaubung erforderlich.

Durch die Erzeugung eines wasserfreien und staubarmen Teer-Staub-Gemisches in der erfindungsgemäßen Weise wird mit geringem anlagen- und regelungstechnischem Aufwand eine wesentliche Verringerung der Umweltbelastung, eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Kohledruckvergasung und durch intensivere Nutzung des Vergasungsstoffes die Erzeugung eines für die Weiterverwertung geeigneten Rohteeres erreicht.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert werden. Ausführungsbeispiel 1 nach Figur 1 beschreibt die Kühlung und Entstaubung des aus dem Druckgasgenerator 1 austretenden Rohgases im Waschkühler 2. Bei der Vergasung von Niederlausitzer Braunkohle fällt das Rohgas beispielsweise mit folgenden Parametern an:

— Druck 2,8MPa

— Temperatur 500 ⁰C

— Wassergehalt 1,2 kg/m³ i. N. tr.

— Volumenstrom (trocken) 5000bis3000Om³LNVh

Zur Rohgaskühlung wird Kondensat aus dem Abhitzekessel 3 mit der Kondensatpumpe 4 in den Waschkühlertopf 5 eingespeist. Die eingespeiste Kondensatmenge wird nach der Temperatur des aus dem Waschkühler 2 austretenden Rohgases so geregelt, daß diese weitgehend an den Wasserdampftaupunkt von ca. 210⁰C angenähert wird noch ein wasserfreies Teer-Staub-Gemisch im Waschkühlersumpf 6 anfällt. Die Kontrolle der Wasserfreiheit erfolgt durch Messung der Temperaturen im Waschkühlersumpf 6 und in der Entspannungsleitung 16 hinter dem Ausschleuseventil des Füllstandsregelers7. Beim Ausschleusevorgang darf kein Temperaturabfall infolge Wasserverdampfung auftreten. Die Temperaturmeßstellen werden von der Steuereinheit 8 erfaßt, die die Kondensatmenge mit dem Regelventil 9 steuert. Das Regelventil 9 steuert. Das Regelventil 9 befindet sich in der nach der Kondensatpumpe 4 zum Kopf des Abhitzekessels 3 abzweigenden Leitung, über die die überschüssige Kondensatmenge zur Intensivierung des Wärmeüberganges im Kreislauf geführt wird. Die mit der Kondensatpumpe4erzeugte Druckerhöhung des Kondensators wird genutzt, das Teer-Staub-Gemisch vom Waschkühlersumpf 6 in den Injektor 10 anzusaugen und gemeinsam mit dem Kondensat in den Waschkühlerkopf 5 einzudüsen. Die zur Rohgaskühlung benötigte Kondensatmenge beträgt 5 bis 20t/h. Die eigentliche Auswaschung des Staubes im Wasch kühler 2 erfolgt mit dem im Kreislauf geführten Teer-Staub-Gemisch. Der Füllstand des Waschkühlersumpfes 6 wird durch Ausschleusen des für die Weiterverarbeitung bestimmten Anteiles des Teer-Staub-Gemisch mit dem Füllstandsregler 7 auf dem oberen Füllstandsniveau gehalten. Die Bespannung der Kohleschleuse 11 erfolgt vom Waschkühlersumpf 6 aus über den Entnahmestutzen 12 in Höhe des unteren Füllstandsniveaus. In die mit Kohle gefüllte und unter Normaldruck stehende Kohleschleuse 11 wird über die Bespannungsleitung 13 so lange das Teer-Staub-Gemisches gefördert, bis der Füllstand das untere Niveau erreicht hat. Die weitere Bespannung erfolgt mit Rohgas, welches dabei die Bespannungsleitung 13 von Flüssigprodukten weitgehend reinigt. Der Bespannungsvorgang wird über das Bespannungsventil 14 gesteuert. Durch die Rückführung eines Teiles des Teer-Staub-Gemisches über die Kohleschleuse 11 in den Druckgasgenerator 1 wird eine wesentliche Verringerung des Staubgehaltes im Teer erreicht. Damit kann, weitgehend unabhängig von den Betriebs- und Bekohlungsbedingungen, ein großer Anteil des anfallenden Teer-Staub-Gemisches als gut fließfähiger und für die Weiterverarbeitung geeigneter Rohteer ausgeschleust werden.

Der Flüssigkeitsstand im Sumpf des Abhitzekessesl 3 wird über die Füllstandsregler 15 gehalten.

Gemäß Aüsführungsbeispiel 2 nach Figur 2 kann auf die Kreislaufführung des Teer-Staub-Gemisches im Waschkühler 2 ' verzichtet werden, wenn ein genügend großer Anteil bzw. die gesamte Menge des Teer-Staub-Gemisches über die Kohlenschleuse 11 in den Druckgasgenerator 1 zurückgeführt wird. Die im Waschkühler kondensierende Teermenge steigt dadurch aufwerte von ca. 0,2 bis 0,3 kg/m³ i. N. trockenes Rohgas. Sie ist für die Rohgasentstau bung des durch die Rückführung über die Kohleschleuse 11 staubärmeren Rohgases ausreichend groß.

Der Füllstand des Waschkühlersumpfes 6 wird mit dem Füllstandsregler 7 durch Ausschleusen auf dem oberen Niveau gehalten. Die Bespannung der Kohleschleuse 11 erfolgt vom Boden des Waschkühlersumpfes 6 aus. Dabei wird die bis zum oberen Niveau reichende Menge des Teer-Staub-Gemisches in die Kohleschleuse 11 überführt. Die Restbespannung erfolgt mit Rohgas. Die Höhe des oberen Füllstandsniveaus und damit der in den Druckgasgeneratori zurückführende Anteil des Teer-Staub-Gemisches wird entsprechend der Prozeßführung festgelegt. Im Falle der vollständigen Rückführung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator 1 wird das obere Füllstandsniveau so hoch gelegt, daß bis auf die Überwachung des Maxwertes keine Ausschleusung von Teer-Staub-Gemisch über den Füllstandsregler 7 erfolgt. Zur Kontrolle der Wasserfreiheit des Teer-Staub-Gemisches werden die Temperaturen im Waschkühlersumpf 6 und in der Bespannungsleitung 13 hinter dem Bespannungsventil 14 gemessen. Sie müssen, auch während der Bespannung, über dem Wasserdampftaupunkt liegen (Grenzwertüberwachung).

Claims

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Patentansprüche:

1. Verfahren zur Rückführung von Teer-Staub-Gemischen in Druckgasgeneratoren, wobei das Rohgas einem dem Druckgasgenerator nachgeschalteten Waschkühler zugeleitet wird und die in den Wasch kühler einzudüsende Wassermenge so geregelt wird, daß die Gasaustrittstemperatur dicht oberhalb des Wasserdampftaupunktes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das im Waschkühler (2) wasserfrei anfallende Teer-Staub-Gemisch ganz oder teilweise durch den Prozeßdruck über eine Kohleschleuse (11) in den Druckgasgenerator (1) zurückgeführt und eine Temperaturmessung des Teer-Staub-Gemisches im Waschkühlersumpf (6) in einer Entspannungsleitung (16) und/oder einer Bespannungsleitung (13) vorgenommen wird und daß die Menge des in die Kohleschleuse (11) zu überführenden Teer-Staub-Gemisches im Waschkühlersumpf (6) durch einen Füllstandsregler (7) und einen Entnahmestutzen (12) begrenzt wird, wobei nach Erreichen des Entnahmestutzens (12) die Kohleschleuse (11) weiter mit Rohgas bespannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei überwiegender Ausschleusung des Teer-Staub-Gemisches aus dem Waschkühlersumpf (6) ein Teil des Teer-Staub-Gemisches mit Hilfe eines mit Kondensat beaufschlagten Injektors (10) im Waschkühler (2) im Kreislauf geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei überwiegender oder vollständiger Rückführung des Teer-Staub-Gemisches über die Kohleschleuse (11) in den Druckgasgenerator (1) ausschließlich Kondensat aus dem Abhitzekessel (3) in den Kopf des Waschkühlers (5) eingedüst wird und zur Überwachung der Wasserfreiheit des Teer-Staub-Gemisches die Temperatur in der Bespannungsleitung zwischen Bespannungsventil (14) und Kohleschleuse (11) gemessen wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen