DD252387A1

DD252387A1 - METHOD FOR THE UTILIZATION OF DUST CONTAINERS

Info

Publication number: DD252387A1
Application number: DD29411786A
Authority: DD
Inventors: Hans-Ulrich Dummersdorf; Dietrich Hebecker; Heinz Dummersdorf; Hans-Joachim Sitz
Original assignee: Leipzig Chemieanlagen
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1987-12-16

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.The invention is applicable to the recycling of the so-called Staubdickteers incurred in the coal pressure gasification as condensate and other industrial hydrocarbon waste products of similar composition. The object and the object of the invention are to supply the resulting solids-containing Staubdickteer without environmental impact of a further material use, so as to make the coal pressure gasification free from wastes. According to the invention, the dust-thickener is converted into a semi-liquid consistency by heating and, under application of pressure, pressed into the jet of a CO2 and / or H2O vapor plasma, where it is converted into synthesis gas. The method is except for the Staubdickteerverwertung also applicable to the processing of other flowable hydrocarbon by-products.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a process for the recycling of dust-thickener, which is obtained in large quantities in the process of coal-pressure gasification. The method is furthermore applicable in the field of the chemical industry or the energy industry, wherever liquid or pasty hydrocarbon mixtures appear and are to be processed as waste products during the processing or use of primary energy carriers.

Characteristic of the known technical solutions

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.To cope with the problem of dust thickening, only landfill or incineration in special furnaces are available as solutions. By performing the dumping of the dust thickener, this is not eliminated and poses a serious environmental problem. In addition, large amounts of valuable hydrocarbon substance of use are thereby lost. When incineration is used for residue removal, the environmental problem is merely shifted from the biosphere lithosphere to the atmosphere. The hydrocarbon substance is also irretrievably lost. Ultimately, this solution is currently no longer feasible due to the reduced by rationalization of the technology of pressure gasification solid content of Staubdickteers, so that now only the landfilling takes place, which is basically a stopgap.

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 wirdIn DD-WP 158128 a destruction of particularly toxic or thermally stable organic waste products in the way is proposed that these are burned in unspecified manner in the plasma jet of an oxygen-containing gas (air, pure oxygen) and the enthalpy of the hot combustion gases for preheating used in a conventional rotary kiln to be burned Abprodukt and thus to save a part of its Unterfeuerungsleistung

Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: This method has the following disadvantages:

— Die Verbrennungsprodukte treten weiterhin als Luftschadstoffe in Erscheinung, wenn auch mit verminderter Toxizität.- The combustion products continue to appear as air pollutants, albeit with reduced toxicity.

— Die Kohlenwasserstoffsubstanz der Abprodukte geht weiterhin einer stofflichen Nutzung verloren.- The hydrocarbon substance of the waste products continues to be lost to material use.

— Infolge der Realisierung einer Verbrennung mit sauerstoffhaltigen Trägergasen steigen die Erosionsraten im Plasmastrom stark an, in deren Folge die Piasmatronstandzeit erheblich vermindert wird.- As a result of the realization of combustion with oxygen-containing carrier gases erosion rates in the plasma stream increase sharply, as a result, the piasmatron lifetime is significantly reduced.

— Die in den Prozeß eingebrachte hochwertige Elektroenergie dient vor allem der Verminderung der Toxizität der Abprodukte und wird energetisch uneffektiv genutzt.- The introduced into the process high-quality electrical energy is used primarily to reduce the toxicity of the waste products and is used in energy terms ineffective.

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.DE-OS 3424710A1 describes a transportable unit to be mounted on a truck for pyrolysis of waste products directly in an electric arc. In the pyrolytic or arc conditions realized there occurs when using Staubdickteer and similar solids-containing or höhenenenolekularen tars and oils an immediate coking with immediately following plant failure, so that such a plant for processing o.g. Products can not be used.

Object of the invention

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.The object of the invention is to supply the dust thickener resulting from the coal-pressure gasification to a waste-free further processing, in order to avoid heavy environmental pollution and at the same time to enable its further use in the national economy. The additional synthesis gas production within the coal pressure gasification process is achieved without increasing the use of raw materials.

Explanation of the essence of the invention

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.The dust-thickener has a chemical composition and physical consistency which is unsuitable for further processing (content of reaction-entrained solid matter, low hydrogen content, high asphaltene and oxygen content) which forces its disposal or utilization by known means for technically and economically very disadvantageous combustion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beim Prozeß der Kohledruckvergasung als Kondensat anfallenden Staubdickteer _ einer stofflichen Verwertung zu unterziehen.The invention is based on the object, the resulting in the process of Kohledruckvergasung condensate as Staubdickteer _ a material recovery.

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 VerwendungThe object is achieved according to the invention in that the dust-thickener is heated to a temperature of 320... 400 K, while being dried to a water content of about 10% by mass and at the same time converted into a flowable mass of semi-liquid consistency. The thus softened and flowable Staubdickteer is now using a pressure in the interval 0.1 MPa ... 10 MPa in a CO ₂ and / or H ₂ O vapor formed by the gases and generated in a known manner by means of a Plasmatrons, the has a mean mass temperature in the interval of 1500 ... 10000K pressed. In the process, the dust-doping constituents which are inert under customary reaction conditions are vaporized, cleaved by atoms, radicals and ions of the plasma constituents (for example OH radicals, .sup.-atoms) and converted into chemical radicals and smaller fragments. At the same time, it is ensured by the realized chemical-physical conditions of the described CO ₂ and / or H ₂ O steam plasma jet that a gasifying conversion of the Staubdickteer stemming radicals and atoms in the thermodynamically stable under these conditions products CO and H ₂ takes place. This also includes the complete destruction of the toxic dust-dough ingredients and their conversion to synthesis gas. The CO / H ₂ ratio in the synthesis gas depends on the current elemental structure of the dust thickener and the selected CO ₂ / H ₂ O ratio of the plasma carrier gas. The inventive method realizes the destruction of the unwanted Staubdickteers, but goes even further, by this is qualified as a cheap raw material for syngas extraction. The plasma gas used is LP steam and / or CO ₂ washed out of the syngas of the pressure gasification as unwanted constituent

Ausführungsbaispie!Ausführungsbaispie!

Die zweckmäßigste Ausführungsform der Erfindung wird in folgender Weise realisiert:The most expedient embodiment of the invention is realized in the following way:

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 wirdOn a Plasmatron, which produces a vertically upwardly directed CO ₂ and / or H ₂ O vapor plasma jet, there is a flanged, water-cooled, cylindrical Doppelmantelpiasmareaktor which is connected to a conical connecting piece with the Plasmatron and in which the plasma jet spreads. The upper end of the reactor is provided with a lid with a central feed. The Staubdickteer is heated in a separate, heated storage tank to 350 ... 400 K, at the same time predried and brought by a conveyor to a pressure of 0.5 MPa and through the central feed in the lid of the double mantal plasma reactor axially from top to bottom in countercurrent to Plasma jet introduced. If the free-floating introduced Staubdickteerstrang has reached a certain length, it breaks off due to the effect of gravity and falls in the direction of Piasmatronmündung, in the environment within the plasma jet, a fluidized bed, consisting of liquid Staubdickteerformlingen formed therein to synthesis gas. The synthesis gas flows as part of the plasma jet in the direction of the upper reactor cover, thereby warming the opposing Staubdickteerstrangteile and degassed them. In the upper third of the reactor, the synthesis gas is withdrawn laterally from the reactor. Each falling into the fluidized bed, torn off Staubdickteerstrangteil is smashed by the intense vortex movement into smaller components and integrated into the fluidized bed. Another possibility for realization results when the dust-thickener is pressed into the reactor by feeders arranged at the circumference of the upper reactor cover and runs downwards on the reactor wall in countercurrent to the plasma jet and is converted by contact with its periphery. As a result, the thermal load of the reactor wall is reduced, the Staubdickteer itself acts as a thermal insulation. The most favorable form of implementation is obtained when a partial flow of the plasma reactor total supplied Staubdickteers supplied by supplying the upper periphery of the reactor circumference of the plasma jet and the other Teüstrom centrally on the upper reactor cover the plasma jet. In this embodiment, the advantages of the two variants mentioned above are linked together in that on the one hand a high degree of energy conversion is made possible by the gasification of a Staubdickteerteilstromes in the core zone of the plasma jet, on the other hand by the localization of the other partial flow between the plasma jet and the reaction space boundary due to the thermal insulation by the closed film of the reacted Staubdickteers even increases the thermal efficiency and overloading of the reactor is prevented

Mit der erstgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden folgende Hauptkennziffern erzielt: With the first-mentioned embodiment of the method according to the invention, the following main indexes were obtained:

— Plasma: reines CO₂-Plasma- Plasma: pure CO ₂ plasma

— Synthesegasausbeute: 2,2m³/kg Staubdickteer- Synthetic gas yield: 2.2m ³ / kg Staubdickteer

— spez. Energieeinsatz: 1,8kWh/m³ Synthesegas- spec. Energy input: 1,8kWh / m ³ synthesis gas

— Synthesagaszusammensetzung: CO: 70VoI.-%, H₂: 15VoI.-%Synthesis gas composition: CO: 70VoI .-%, H ₂ : 15VoI .-%

CH₄: 2Vol.-%. C₂H₄: 3Vol.-%CH ₄ : 2 vol.%. C ₂ H ₄ : 3 vol.%

CO₂: 10Vol.-%CO ₂ : 10% by volume

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.When using a steam plasma, the CO content can be lowered significantly in favor of H ₂ ~ share. The synthesis gas obtained according to the invention is fed in a known manner into the synthesis gas line of the pressure-gasification plant. Another advantage of the method according to the invention is the increase in the gasification efficiency of the coal-pressure gasification.

Claims

1. A process for the recycling of dust from the Kohleddruckvergasung, characterized in that the Staubdickteer heated to a temperature of 320 ... 400 K, while predried and partially liquefied, then brought to a pressure of 0.1 ... 10MPa and in semi-liquid state pressed into a H ₂ O steam and / or CO ₂ plasma jet, there is dried and degassed and reacts to CO and H ₂ -containing synthesis gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Staubdickteer is guided from top to bottom in countercurrent to the vertical Piasmastrahl.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Staubdickteer is fed centrally on the axis of the plasma jet and forms a fluidized bed of liquid Staubdickteervolumina over the entire beam cross-section.

4. The method according to claim 1,2 and 3, characterized in that a partial flow of the dust thickener is uniformly distributed over the periphery of the plasma jet supplied to the reaction space.