DD252387A1 - Verfahren zur stofflichen verwertung von staubdickteer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar zur stofflichen Verwertung des bei der Kohledruckvergasung als Kondensatz anfallenden sogenannten Staubdickteers und anderer industrieller Kohlenwasserstoffabprodukte aehnlicher Zusammensetzung. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung bestehen darin, den anfallenden feststoffhaltigen Staubdickteer ohne Umweltbelastung einer weiteren stofflichen Nutzung zuzufuehren, um damit die Kohledruckvergasung abproduktfrei zu gestalten. Erfindungsgemaess wird der Staubdickteer durch Erwaermen in eine halbfluessige Konsistenz ueberfuehrt und unter Anwendung von Druck in den Strahl eines CO2- und/oder H2O-Dampf-Plasmas gepresst, wo er zu Synthesegas umgesetzt wird. Das Verfahren ist ausser fuer die Staubdickteerverwertung auch anwendbar zur Verarbeitung anderer fliessfaehiger Kohlenwasserstoffabprodukte.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die stoffliche Verwertung von Staubdickteer, der beim Prozeß der Kohledruckvergasung in großen Mengen anfällt. Das Verfahren ist weiterhin im Bereich der chemischen Industrie oder der Energiewirtschaft überall dort anwendbar, wo bei der Verarbeitung oder Verwendung primärer Energieträger flüssige oder pastöse Kohlenwasserstoffgemische als Abprodukte in Erscheinung treten und verarbeitet werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Bewältigung des Staubdickteerproblems stehen als Lösungen nur die Deponierung oder die Verbrennung in speziellen Feuerungen zur Verfügung. Bei Durchführung der Deponierung des Staubdickteers wird dieser nicht beseitigt und stellt ein schweres Umweltproblem dar. Darüber hinaus gehen dadurch große Mengen an wertvoller Kohlenwasserstoffsubstanz einer Nutzung verloren. Bei Anwendung der Verbrennung zur Rückstandsbeseitigung wird das Umweltproblem lediglich aus der Biosphäre-Lithosphäre in die Atmosphäre verlagert. Die Kohlenwasserstoffsubstanz geht dabei ebenfalls unwiederbringlich verloren. Letztlich ist diese Lösung infolge des durch Rationalisierung der Technologie der Druckvergasung abgesunkenen Feststoffanteils des Staubdickteers gegenwärtig nicht mehr realisierbar, so daß nunmehr ausschließlich die Deponierung erfolgt, die im Grunde eine Notlösung darstellt.

Im DD-WP 158128 wird eine Vernichtung besonders giftiger bzw. thermisch stabiler organischer Abprodukte in der Art vorgeschlagen, daß diese in nicht näher bezeichneter Weise im Plasmastrahl eines sauerstoffhaltigen Gases (Luft, reiner Sauerstoff) verbrannt werden und die Enthalpie der heißen Verbrennungsgase zur Vorheizung der in einem konventionellen Drehrohrofen zu verbrennenden Abprodukts und damit zur Einsparung eines Teils von dessen Unterfeuerungsleistung genutzt wird

Dieses Verfahren hat folgende Nachteile:

— Die Verbrennungsprodukte treten weiterhin als Luftschadstoffe in Erscheinung, wenn auch mit verminderter Toxizität.

— Die Kohlenwasserstoffsubstanz der Abprodukte geht weiterhin einer stofflichen Nutzung verloren.

— Infolge der Realisierung einer Verbrennung mit sauerstoffhaltigen Trägergasen steigen die Erosionsraten im Plasmastrom stark an, in deren Folge die Piasmatronstandzeit erheblich vermindert wird.

— Die in den Prozeß eingebrachte hochwertige Elektroenergie dient vor allem der Verminderung der Toxizität der Abprodukte und wird energetisch uneffektiv genutzt.

Die DE-OS 3424710A1 beschreibt eine transportable auf LKW zu montierende Anlage zur Pyrolyse Von Abfallprodukten direkt in einem Lichtbogen. Bei den dort realisierten pyrolytischen bzw. Lichtbogenbedingungen tritt beim Einsatz von Staubdickteer und ähnlichen feststoffhaltigen bzw. höhennolekularen Teeren und Ölen eine sofortige Verkokung mit unmittelbar nachfolgendem Anlagenausfall ein, so daß eine derartige Anlage für die Verarbeitung o.g. Produkte nicht einsetzbar ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den bei der Kohledruckvergasung anfallenden Staubdickteer einer abproduktfreien Weiterverarbeitung zuzuführen, um schwere Umweltbelastungen zu vermeiden und gleichzeitig seine weitere Nutzung in der Volkswirtschaft zu ermöglichen. Die zusätzliche Synthesegasproduktion innerhalb des Kohledruckvergasungsverfahrens wird ohne Steigerung des Rohstoffeinsatzes erzielt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Staubdickteer hat eine für die weitere Verarbeitung ungeeignete chemische Zusammensetzung und physikalische Konsistenz (Gehalt an reaktionsträger verkokter Feststoffsubstanz; niedriger Wasserstoffgehalt, hoher Asphalten-und Sauerstoffgehalt), die seine Beseitigung oder Verwertung mit bekannten Mitteln zur technisch-ökonomisch sehr nachteiligen Verbrennung zwingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beim Prozeß der Kohledruckvergasung als Kondensat anfallenden Staubdickteer _ einer stofflichen Verwertung zu unterziehen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Staubdickteer auf eineTemperatur von 320...400 K erwärmt, dabei bis auf einen Wassergehalt von etwa 10Ma.-% getrocknet und gleichzeitig in eine fließfähige Masse von halbflüssiger Konsistenz überführt wird. Der so erweichte und fließfähige Staubdickteer wird nunmehr unter Anwendung eines Druckes im Intervall 0,1 MPa... 10 MPa in einen von den Gasen CO₂ und/oder H₂O-Dampf gebildeten und in bekannter Weise mittels eines Plasmatrons erzeugten Plasmastrahl, der eine mittlere Massentemperatur im Intervall von 1500... 10000K besitzt, gepreßt. Dabei werden die unter üblichen Reaktionsbedingungen inerten demgemäß nicht verarbeitbaren Staubdickteerbestandteile verdampft, durch Atome, Radikale und Ionen der Plasmakonstituenten (z. B. OH-Radikale, Η-Atome) gespalten und in chemische Radikale und kleinere Fragmente umgewandelt. Gleichzeitig wird durch die realisierten chemisch-physikalischen Bedingungen des beschriebenen CO₂- und/oder H₂O-Dampfplasmastrahls gewährleistet, daß sich eine vergasende Umwandlung der dem Staubdickteer entstammenden Radikale und Atome in die unter diesen Verhältnissen thermodynamisch stabilen Produkte CO und H₂ vollzieht. Dies schließt auch die vollständige Vernichtung der toxischen Staubdickteerinhaltsstoffeund ihre Umsetzung zu Synthesegas ein. Das CO/H₂-Verhälmis im Synthesegas richtet sich nach der aktuellen Elementarstruktur des Staubdickteers und dem gewählten CO₂/H₂O-Verhältnis des Plasmaträgergases. Das erfindungsgemäße Verfahren realisiert die Vernichtung des unerwünschten Staubdickteers, geht aber noch darüber hinaus, indem dieser zum billigen Rohstoff für die Synthesegasgewinnung qualifiziert wird. Als Plasmagas findet ND-Dampf und/oder aus dem Synthesegas der Druckvergasung als unerwünschter Bestandteil herausgewaschenes CO₂ Verwendung

Ausführungsbaispie!

Die zweckmäßigste Ausführungsform der Erfindung wird in folgender Weise realisiert:

Auf einem Plasmatron, welches einen vertikal nach oben gerichteten CO₂- und/oder H₂O-Dampf-Plasmastrahl erzeugt, befindet sich ein angeflanschter, wassergekühlter, zylindrischer Doppelmantelpiasmareaktor der mit einem konischen Verbindungsstück mit dem Plasmatron verbunden ist und in welchem sich der Plasmastrahl ausbreitet. Das obere Ende des Reaktors ist mit einem Deckel mit einer zentralen Zuführung versehen. Der Staubdickteer wird in einem separaten, beheizbaren Vorratsbehälter auf 350... 400 K erwärmt, gleichzeitig vorgetrocknet und mit einer Fördereinrichtung auf einen Druck von 0,5 MPa gebracht und durch die zentrale Zuführung im Deckel des Doppelmantalplasmareaktors axial von oben nach unten im Gegenstrom zum Plasmastrahl eingeführt. Wenn der frei schwebend eingebrachte Staubdickteerstrang eine bestimmte Länge erreicht hat, reißt er infolge der Schwerkraftwirkung ab und fällt in Richtung Piasmatronmündung, in dessen Umgebung sich innerhalb des Plasmastrahles ein Wirbelbett, bestehend ausflüssigen Staubdickteerformlingen bildet, die darin zu Synthesegas umgesetzt werden. Das Synthesegas strömt als Bestandteil des Plasmastrahles in Richtung des oberen Reaktordeckels und wärmt dabei die entgegenfallenden Staubdickteerstrangteile vor und entgast diese. Im oberen Reaktordrittel wird das Synthesegas seitlich aus dem Reaktor abgezogen. Der jeweils in das Wirbelbett stürzende, abgerissene Staubdickteerstrangteil wird durch die intensive Wirbelbewegung in kleinere Bestandteile zerschlagen und diese ins Wirbelbett integriert. Eine andere Realisierungsmöglichkeit ergibt sich, wenn der Staubdickteer durch am Umfang des oberen Reaktordeckels angeordnete Zuführungen in den Reaktor gepreßt wird und an der Reaktorwand im Gegenstrom zum Plasmastrahl nach unten abläuft und durch den Kontakt mit dessen Peripherie umgesetzt wird. Dadurch wird die thermische Belastung der Reaktorwand verringert, der Staubdickteer wirkt selbst als Wärmeisolierung. Die günstigste Form der Realisierung ergibt sich, wenn ein Teilstrom des dem Plasmareaktor insgesamt zugeführten Staubdickteers durch Zuführung am oberen Reaktorumfang der Peripherie des Plasmastrahles und der andere Teüstrom zentral am oberen Reaktordeckel dem Plasmastrahl zugeführt wird. In dieser Ausführungsform werden die Vorteile der beiden vorstehend angeführten Varianten miteinander verknüpft, in dem einerseits ein hoher Grad der Energieumsetzung durch die Vergasung eines Staubdickteerteilstromes in der Kernzone des Plasmastrahles ermöglicht wird, andererseits durch die Lokalisation des anderen Teilstromes zwischen Plasmastrahl und Reaktionsraumbegrenzung infolge der Wärmeisolierung durch den geschlossenen Film des umzusetzenden Staubdickteers selbst der thermische Wirkungsgrad gesteigert und eine Überlastung des Reaktormatenais verhindert wird

Mit der erstgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden folgende Hauptkennziffern erzielt:

— Plasma: reines CO₂-Plasma

— Synthesegasausbeute: 2,2m³/kg Staubdickteer

— spez. Energieeinsatz: 1,8kWh/m³ Synthesegas

— Synthesagaszusammensetzung: CO: 70VoI.-%, H₂: 15VoI.-%

CH₄: 2Vol.-%. C₂H₄: 3Vol.-%

CO₂: 10Vol.-%

Bei Verwendung eines Wasserdampfplasmas läßt sich der CO-Anteil zugunsten des H₂~Anteils erheblich absenken. Das erfindungsgemäß gewonnene Synthesegas wird in bekannter Weise in den Synthesegasstrang der Druckvergasungsanlage eingespeist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Steigerung des Vergasungswirkungsgrades der Kohledruckvergasung.

Claims (4)

1. Verfahren zur stofflichen Verwertung von Staubdickteer aus der Kohledruckvergasung, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubdickteer auf eine Temperatur von 320...400 K erwärmt, dabei vorgetrocknet und teilverflüssigt, anschließend auf einen Druck von 0,1 ...10MPa gebracht und im halbflüssigen Zustand in einen H₂O-Dampf- und/oder CO₂-Plasmastrahl gepreßt, dort nachgetrocknet und entgast wird und zu CO- und H₂-haltigen Synthesegas reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubdickteer von oben nach unten im Gegenstrom zum senkrechten Piasmastrahl geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubdickteer zentral auf der Achse des Plasmastrahles zugeführt wird und sich über den gesamten Strahlquerschnitt ein Wirbelbett flüssiger Staubdickteervolumina ausbildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Staubdickteers gleichmäßig über die Peripherie des Plasmastrahies verteilt dem Reaktionsraum zugeführt wird.