DD240906A1 - Verfahren und vorrichtung zur schnellpyrolyse von kohlen und koksbildenden stoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen, insbesondere von Braunkohlen zur stoffwirtschaftlichen und energetischen Kohleverwertung. Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Oekonomie bekannter Verfahren. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, beinhaltet die Entwicklung eines Schnellpyrolyseverfahrens, das die Erzeugung gut verarbeitbarer Schwelteere mit hoeheren Anteilen leichterer Produkte gestattet. Erfindungsgemaess wird das Schwelgas nach einer Grobentstaubung und Kuehlung einer Feinentstaubung unterzogen und nachfolgend zwei Entteerungsstufen zugeleitet, wobei die erste Entteerungsstufe bei einer solchen Temperatur betrieben wird, dass die anfallende Teerfraktion die Hauptmenge der thermisch instabilen Verbindungen enthaelt und die zweite Entteerungsstufe bei Temperaturen oberhalb der Wasserdampftaupunkttemperatur betrieben wird. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur Schnellpyrolyse von Kohlen und koksbildenden Stoffen, insbesondere Braunkohlen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Schwelung von Kohle, insbesondere von Braunkohle, zur Gewinnung von Teer, Leichtöl und Gas ist seit langem bekannt, und es existiert eine ganze Reihe von Schwelprozessen.

In der neueren Zeit sind insbesondere Entwicklungen zur Schnellpyrolyse von Kohlen zu verzeichnen.

Beispiele dafür sind die in den Patentschriften DE-OS 2715929, DE-OS 3218967 und DD-WP C 10 B 249079 beschriebenen Verfahren. Verfahren der Schnellpyrolyse sind durch hohe spezifische Leistungen gekennzeichnet. Sie sind deshalb insbesondere für die Kopplung mit Kohlekraftwerken geeignet und erlauben die Gewinnung derflüchtigen Bestandteile der Kohle vor ihrer Verbrennung.

Der Hauptnachteil dieser Verfahren besteht darin, daß bei der Schnellpyrolyse der Teer in hohem Maße unzersetzt abdestilliert wird und hohe Gehalte an Asphaltenen und anderen thermisch instabilen Verbindungen aufweist. Neben diesen für die Weiterverarbeitung unerwünschten Stoffgruppen sind weiterhin oft hohe Gehalte an Staub vorhanden, die daraus resultieren, daß feinkörnige Kohle zum Einsatz kommt und außerdem der Schwelreaktor mit hohen Gasgeschwindigkeiten betrieben wird.

Die Weiterverarbeitung der bei der Schnellpyrolyse anfallenden Teere ist deshalb ein großes Problem, welches für den technischen Einsatz dieser Verfahren grundlegende Bedeutung hat. So ist zum Beispiel bereits die Destillation des erzeugten Teeres infolge der sich bei der Erhitzung und Destillation bildenden Ablagerungen ein großes Problem.

Insbesondere versetzen sich dieRohre der gasbeheizten Ölerhitzerunddie Kolonnenboden werden durch Ablagerungen von Feststoffen schnell unwirksam.

Die Elektrodenkokserzeugung aus den Destillationsrückständen verbietet sich wegen der zu hohen Staub- und Aschegehalte im Einsatzprodukt.

Die Hydrierung des Schnellpyrolyseteeres am Festbettkatalysator ist wegen des hohen Staub- und Asphaltengehaltes nicht möglich, da der Katalysator durch Feststoffabscheidungen auf seiner Oberfläche sehr schnell an Aktivität verlieren würde und der Druckverlust der Katalysatorschüttung nach kurzer Zeit unzulässig hohe Werte erreichen würde.

Auch die Hydrierung in der Sumpfphase wird durch hohe Staub- und Asphaltengehalte im Einsatzprodukt erschwert. Um Asphaltenfällungen zu vermeiden, muß mit Lösungsvermittlern und/oder Zugabe von Adsorbentien gearbeitet werden. Höhere Staubgehalte erfordern höhere Zugaben von Frischkatalysator. Alle diese Maßnahmen belasten die Wirtschaftlichkeit des

Hydrierverfahrens erheblich. ' · .

Auf der anderen Seite führen auch zusätzliche Verfahrensstufen zur Teeraufarbeitung durch Entstaubung und Entasphaltierung zu einer hohen Kostenbelastung der gesamten Verfahrenskette.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Ökonomie von Verfahren der Schnellpyrolyse.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Schnellpyrolyse von Kohlen und koksbildenden Stoffen, insbesondere Braunkohlen, das die Erzeugung gut verarbeitbarer Schwelteere mit höheren Anteilen leichter Produkte gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Schnellpyrolyse gebildete Schwelgas nach dem Passieren einer Feinentstaubungseinrichtung, die bei einer oberhalb des Teertaupunktes liegenden Temperatur betrieben wird, einer zweistufigen Entteerung zugeführt wird, wobei die erste Entteerungsstufe bei einer solchen Temperatur betrieben wird, daß die anfallende Teerfraktion die Hauptmenge der die Verarbeitung des Teeres störenden, thermisch instabilen Verbindungen, insbesondere die Asphaltene, enthält, und die zweite Entteerungsstufe zwecks Vermeidung der Kondensation von Wasser bei einer Temperatur oberhalb des Wasserdampftaupunktes durchgeführt wird, und daß die in der ersten Entteerungsstufe anfallende Teerfraktion zwecks Spaltung der Asphaltene und der unstabilen Verbindungen vollständig oder teilweise in die zur Schnellpyrolyse der Kohle dienende Schweleinheit zurückgeführt wird. In den Schwelreaktor können weiterhin bei der Teerverarbeitung anfallende Rückstände rückgeführt oder andere zu pyrolysierende Produkte eingeführt werden. Als Schwelreaktor kommen Reaktoren in Frage, die durch eine Schnellaufheizung der Kohle gekennzeichnet sind. Das sind insbesondere Wirbelschicht- und Flugstromreaktoren, die entweder atmosphärisch oder druckaufgeladen betrieben werden. Die Wirbelschichtreaktoren können mit stationärer oder zirkulierender Wirbelschicht arbeiten. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus der unter den Bedingungen einer Wirbelschicht oder einer Flugstromförderung arbeitenden Schweleinheit mit einer Grobentstaubungseinrichtung zur Koksaushaltung aus dem Schwelgas.

Erfindungsgemäß ist der Grobentstaubungseinrichtung ein erster Kühler und diesem eine Feinentstaubung nachgeschaltet. Der Feinentstaubung ist eine erste Entteerungsstufe nachgeordnet, die aus einem zweiten Kühler und einer ersten Teer-Gasreinigung besteht. Die Teerabläufe des zweiten Kühlers und der ersten Teer-Gasreinigung münden in einen Teerbehälter, der einen Teerablaß für asphaltenreiche Fraktionen besitzt und über eine Teerrückführleitung mit der Schweleinheit verbunden ist. In die Teerrückführleitung ist ein Teerkreislauf in der Weise eingebunden, daß bei Absperrung oder Drosselung der Teerrückführleitung durch eine Pumpe die Restmenge des Teeres im Kreislauf in den Teerbehälter gefahren wird. Der ersten Entteerungsstufe folgt erfindungsgemäß eine zweite Entteerungsstufe, die aus einem dritten Kühler und einer zweiten Teer-Gasreinigung besteht. Beide Einheiten besitzen Abläufe, die in einen Teerablaß für asphaltenarme Fraktionen eingebunden sind. Die Teerrückführleitung besitzt als Endstück in der Schweleinheit einen Teerverteiler, der vorzugsweise bei der zirkulierenden Wirbelschicht unterhalb des Trockenkohleeintrages angeordnet ist. Als Teer-Gasreinigungen in der ersten und zweiten Entteerungsstufe sind vorzugsweise Elektrogasreinigungen eingesetzt.

Die Vorteile der erfinderischen Lösung sind, daß durch den Einsatz einer leistungsfähigen Feinentstaubung ein stau barmer Teer erzeugt und durch die Wahl der Temperatur der ersten Entteerungsstufe und der Menge des aus dieser Stufe rückgeführten Teeranteiles die thermische Stabilität, der Asphaltengehalt und das Siedeverhalten des erzeugten Teeres wesentlich beeinflußt werden kann.

Auf diese Weise ist die Erzeugung gut verarbeitbarer Teere mit geringem technischem Aufwand und in hoher Ausbeute erreichbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Im Oberteil der nach dem Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht arbeitenden Schweleinheit 1 werden der Trockenkohle durch Schnellpyrolyse bei 550-650⁰C die flüchtigen Bestandteile entzogen. Das mit Koks beladene Schwelgas wird im Rückfuhrzyklon 2 von Koks grob gereinigt. Der im Rückfuhrzyklon 2 abgeschiedene Koks wird teils über die Koksrückführleitung 13 als Wärmeträger in die im Unterteil der Schweleinheit 1 angeordnete Brennkammer rückgeführt und anderenteils als Überschußkoks über die Koksüberschußleitung 16 abgeführt. Über den Wirbelmediumtritt 15 tritt das als Wirbelmedium und gleichzeitig als Oxidationsmittel dienende Gas in das Unterteil der Brennkammer der Schweleinheit 1 ein. Dem Rückführzyklon 2 kann als Bestandteil der Grobentstaubung im Bedarfsfall ein weiterer Abscheidezyklon nachgeschaltet werden. Nach Passieren der Grobentstaubung strömt das Schwelgas über die Schwelgasleitung 11 zum ersten Kühler 3 und kühlt sich dort auf eine Temperatur ab, die ca. 20 bis 5OK oberhalb des Teerpunktes liegt.

Nach vorliegenden Erfahrungen liegt derTeertaupunkt im Bereich von 35CMlOO⁰C. Dem ersten Kühler 3 ist die Feinentstaubung 4 nachgeschaltet, die vorzugsweise als Heiß-Elektrogasreinigung ausgeführt ist. Durch die Einhaltung der oben angegebenen Gasaustrittstemperaturen des ersten Kühlers 3 wird gesichert, daß in der Feinreinigung 4 teerfreier Staub abgeschieden wird. Durch den Einsatz einer Heiß-Elektrogasreinigung als Feinentstaubung wird ein hoher Anteil des vom Gas mitgeführten Staubes abgeschieden, so daß der Staubgehalt des in der Anlage erzeugten Teeres <1% gehalten werden kann. Im nachfolgenden zweiten Kühler 5 wird das Schwelgas zur Abscheidung der asphaltenreichen Teerfraktion auf vorzugsweise 200⁰C abgekühlt. Die Abscheidung dieser Teerfraktion erfolgt im zweiten Kühler 5 und in der nachfolgenden ersten Teer-Gasreinigung 6. Der abgeschiedeneasphaltenreicheTeerwird über die Teerabläufe 18,19 in den Teerbehälter 9 geleitet, aus dem über die Pumpe 10 und die Teerrückführleitung 17 die Rückführung in das Oberteil der Schweleinheit 1 erfolgt. Zum Verteilen des rückgeführten Teeres dient der Teerverteiler 16, der beispielsweise als Düse ausgeführt sein kann. Der Teerverteiler 16 liegt dicht unterhalb des Trockenkohleeintrages 12. Die schnelle Aufheizung der asphaltenreichen Teerfraktion auf eine Temperatur von 500-600°C führt zu einer bevorzugten Spaltung der Asphaltene und anderer instabiler Verbindungen und damit zu einem besser verarbeitbaren Teer. Die Menge der rückzuführenden asphaltenreichen Teerfraktion läßt sich über den Teerkreislauf 20 regeln. Der nicht rückgeführte Teeranteil wird aus dem Teerbehälter 9 über den Teerablaß für asphaltenreiche Fraktionen 21 als ein Teil der Teererzeugung abgeführt. Auf diese Weise kann die Qualität des insgesamt in der Anlage erzeugten Teeres durch den

Teerkreislauf 20 eingestellt werden. Nach Passieren der ersten Entteerungsstufe gelangt das Schwelgas in den dritten Kühler 7, in dem das Schwelgas auf eine Temperatur oberhalb des Wasserdampftaupunktes, vorzugsweise 120⁰C abgekühlt wird, um in der nachgeschalteten zweiten Teer-Gasreinigung 8 einen wasserfreien Teer zu erzeugen. Im dritten Kühler 7 und in der zweiten Teer-Gasreinigung 8 fällt asphaltenarmerTeer an, der über den Teerablaß für asphaltenarme Fraktionen 21 abgeführt wird. Das entteerte Schwelgas strömt über die Leitung 23 weiter zur Abscheidung des Mittel- und Leichtöles und im Bedarfsfalle zur Entschwefelung dienenden Anlagen zu

Überdie Zusatzleitung 24 werden weitere zu pyrolysierendeTeerverarbeitungsrücksta'nde in die Schweleinheit 1 zurückgeführt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur SchneiIpyrolyse von Kohlen, wobei feinkörnige oderstaubförmige Kohle in der Wirbelschicht oder Flugstromförderung geschwelt und das Schwelgas in einer Grobentstaubung vom entstandenen Koks getrennt und nachfolgend einem ersten Kühler zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kühler (3) das Schwelgas auf Temperaturen von 20 bis 50 K oberhalb des Teertaupunktes gekühlt und nachfolgend einer Feinentstaubung (4) zugeleitet wird, daß das Schwelgas weiter einer zweistufigen Entleerung zugeführt wird, wobei in der ersten Entteerungsstufe das Schwelgas auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der die Teerfraktion die Hauptmenge der thermisch instabilen Verbindungen, insbesondere die Asphaltene enthält, und die zweite Entteerungsstufe bei Temperaturen oberhalb des. Wasserdampftaupunktes betrieben wird und daß der in der ersten Entteerungsstufe anfallende Teer ganz oderteilweise in die Schweleinheit (1) zurückgeführt und dort dicht unterhalb des Trockenkohleeintrages (12) verteilt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwelgas in der ersten Entteerungsstufe auf vorzugsweise 200⁰C und in der zweiten Entteerungsstufe auf vorzugsweise 120°C gekühlt wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei einer Schweleinheit ein Rückführzyklon zur Grobentstaubung und ein erster Kühler nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Kühler (3) eine Feinentstaubung (4) und dieser eine erste Entteerungsstufe, die aus einem zweiten Kühler (5) und einer ersten Teer-Gasreinigung (6) besteht, nachgeschaltet ist, daß Teerabläufe (18,19) des zweiten Kühlers (5) und der ersten Teer-Gasreinigung (6) in einen Teerbehälter (9) münden und der Teerbehälter mit einem Teerablaß für asphaltenreiche Fraktionen

   (21) und einer Teerrückführleitung (17) versehen ist und einen Teerkreislauf (20) besitzt, daß der Teerablaß für asphaltenreiche Fraktionen (21) in die Schweleinheit (1) eingebunden ist und daß der ersten Entteerungsstufe eine zweite Entteerungsstufe, bestehend aus nacheinander angeordneten dritten Kühler (7) und zweiter Teer-Gasreinigung (8), nachgeschaltet ist und die Teerabläufe des dritten Kühlers (7) und der zweiten Teer-Gasreinigung (8) in einen Teerablaß für asphaltenarme Fraktionen

   (22) eingebunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Teerrückführleitung (17) nach dem Teerbehälter (9) eine Pumpe (10) so eingebunden ist, daß bei Drosselung der Teerrückführleitung (17) der Teerkreislauf (20) in Betrieb ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teer-Gasreinigungen (6,8) vorzugsweise Elektrogasreinigungen sind.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teerrückführleitung (17) als Endstück in der Schweleinheit (1) einen Teerverteiler (16) besitzt und dieser unterhalb des Trockenkohleeintrages (12) angeordnet ist.