DD255949A1 - Verfahren zur zusaetzlichen gewinnung von mitteloel und gas bei der festbettdruckvergasung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zusaetzlichen Gewinnung von Mitteloel und Gas aus dem bei der Festbettdruckvergasung von Kohle anfallenden staubhaltigen Generatorteer. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Effektivitaet der Festbettdruckvergasung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zusaetzlich Mitteloel und Gas durch eine wirksame Pyrolyse des rueckgefuehrten Teer-Staub-Gemisches im Generator zu gewinnen. Erfindungsgemaess wird das im Kreislauf gefahrene rueckzufuehrende Teer-Staub-Gemisch ueber Stichleitungen zentral in das Oberteil des Druckgasgenerators in dem Rohgas nicht unmittelbar durchstroemte Bereiche der Kohleschuettung eingegeben, wobei die eingespeiste Teermenge 5 bis 15% der Kohlemenge betraegt. Zur Erfindung gehoert weiter, dass der Trennschnitt zwischen rueckgefuehrtem Teer und den nutzbaren Kohlenwasserstoffen in den Reinigungs- und Kuehlstufen zwischen 275 und 350C gelegt wird. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zusätzlichen Erzeugung von Mittelöl und Gas aus dem bei der Festbettdruckvergasung von Kohle anfallenden staubhaltigen Generatorteer.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Vergasung stückiger Kohle im Festbettgenerator durchläuft der Vergasungsstoff während seines allmählichen Absinkens Zonen steigender Temperatur und wird nacheinander getrocknet, geschwelt, vergast und verbrannt. Das Vergasungsrohgas enthält neben Wasserdampf auch die Schwelprodukte. Im nachgeschalteten Waschkühler und Abhitzekessel fällt ein staubhaltiger Generatorteer an, in der nachfolgenden Kondensation Mittelöl und in der Gasreinigung Leichtöl.

Die Gewinnbarkeit flüssiger Kohlenwasserstoffe ist ein Vorteil des Verfahrens. Allerdings fallen nur Mittel- und Leichtöl in einer Qualität an, die die carbochemische Weiterverarbeitung gestattet. Der Generatorteer enthält hohe Anteile von Staub und Wasser, die eine Aufarbeitung zu Reinteer bis zur Unwirtschaftlichkeit erschweren. Deshalb wird er praktisch nur entsprechend seinem Heizwert energetisch genutzt und geht der carbochemischen Industrie verloren. Da der Generatorteer etwa 50% der in Summe anfallenden Teere und Öle ausmacht, wird ein erhebliches Potential an Kohlenwasserstoffen nicht optimal genutzt und das Betriebsergebnis geschmälert.

Die Entwässerung des Generatorteere bereitet erhebliche Schwierigkeiten, da er mit Wasser und Staub eine relativ stabile Dispersion bildet, in der der Feststoff die Rolle eines Emulsionsträgers spielt. Sehr ungünstig für die Wasserabtrennung ist darüber hinaus der hohe Asphaltengehalt des Teeres. Die Asphaltene sind kolloidal gelöst und übernehmen für das feindispers im Teer enthaltene Wasser die Rolle eines Schutzkolloids.

Unter diesen Bedingungen lassen sich Wasser und Staub auf mechanischem Wege nur sehr schwer vom Teer trennen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Superzentrifugen zur Trennung einzusetzen, um durch die hohen Umdrehungszahlen die Emulsionzu brechen. MitSharples-Zentrifugen wurden Wassergehalte von 1 bis 2% erreicht, was jedoch noch nicht ausreichend ist. Der Staubgehalt konnte jedoch bis 0,1 % abgesenkt werden.

Es wurde weiterhin vorgeschlagen, die Emulsion durch Erhitzen auf über 100⁰C zu brechen, also unter Anwendung von Druck.

Dies gelingt jedoch nur, wenn sich die Dichten von Generatorteer und Wasser genügend stärkt unterscheiden.

Praktisch angewandt wurde die destillative Entwässerung nach dem Verfahren von Schnell, indem der Teer in ein beheiztes Gefäß geleitet wird, in dem sich stark überhitzter Teer befindet. Auf diese Weise wird ein Überschäumen des Gefäßinhaltes vermieden. Der Durchsatz eines solchen Apparates ist sehr gering. Er beträgt bei Verwendung einer Blase von 2 m³ Inhalt im Durchschnitt 8t täglich, wenn der Wassergehalt des Teeres etwa 10% beträgt.

Die Entstaubung des Generatorteeres durch Filtration scheitert an der hohen Viskosität und dem Wassergehalt des Teeres. Die für die Filtration erforderliche niedrige Viskosität wird erst bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes des Wassers erreicht, wobei aber die Filtration durch Aufschäumen unmöglich gemacht würde.

Ein weiteres Hindernis für die carbochemische Verarbeitung des Generatorteeres ist die schlechte chemische Qualität des Reinteeres: Er ist reich an Asphaltenen (im Durchschnitt 17%) und hochmolekularen Kreosoten, woraus eine hohe thermische Instabilität resultiert.

Die Abscheidung der Kreosote und der basischen Verbindungen sowie der Asphaltene ist auf chemischem Wege durch Behandlung mit konzentrierter Schwefelsäure und Natronlauge möglich. Dabei erfolgt eine Brechung der kolloidalen Struktur der Asphaltene und eine gleichzeitige Fällung von Staub. Auf physikalischem Wege können Kreosote und Asphaltene mit Alkohol selektiv gelöst werden. Dieses Verfahren versagt aber bei hohen Asphaltengehalten, da die Kreosote zuerst gelöst werden, die Löslichkeit der Asphaltene im Teer dadurch abnimmt und es zu Ausfällungen kommt.

Ein wesentlicher Mangel aller angeführten Verfahren ist ein erheblicher Anfall von neuen Abprodukten, wie z. B. Zentrifugenrückstände, Filterrückstände, Asphaltenkonzentrate, Säurepech, in erheblichen Mengen, die auch energetisch schwer verwertbar sind.

Es wurde bereits vorgeschlagen (DE 1086000, DD 132980) und bei der Steinkohlenvergasung auch technisch praktiziert, durch Benetzung der Kohle mit Ölen oder Teeren einen Staubrückhaltungseffektzu erzielen, in dessen Folge der Generatorteer staubfrei gewonnen wird. Beim Einsatz von Braunkohlenbriketts ist eine solche Maßnahme jedoch wenig wirksam, da durch den Zerfall des Brikettverbandes während des Prozesses ständig neue Oberflächen und neuer Staub gebildet werden. Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, staubbeladenen Generatorteer wieder in den Druckgasgenerator einzuspeisen mit dem Ziel, durch Krackung des Teeres gasförmige Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, um damit eine Heizwerterhöhung des produzierten Gases zu erreichen, und den Kohlestaub sowie die Krackrückstände zu vergasen. Der Generatorteer sollte dazu vorzugsweise direkt in die Vergasungszone des Generators eingebracht werden. Praktisch war diese Verfahrensweise jedoch nicht beherrschbar, weil Teeranteile bis in die Aschezone durchliefen.

Eine andere Ausführung der Teerrückführung ist in DE 3108213 A1 dargelegt. Der Druckgasgenerator ist mit einem Einhängeschacht ausgeführt, dessen unteren Abschluß ein Kohleverteiler bildet. Die Einleitung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator erfolgt im Unterteil des Einhängeschachtes. Das zentral zugeführte Gemisch aus Teer und Staub wird mittels einer mit Durchbrüchen versehenen Verteilerfläche in der Kohle verteilt. Der Nachteil dieses Systems besteht im Versetzen der Öffnungen der Verteilerfläche und in der Bildung von Ansätzen auf den waagerechten Flächen des Kohleverteilers. Weiterhin ist die Spaltung des Teeres nicht ausreichend, weil das aus dem Kohleverteiler ausfließende Gemisch aus Kohle und staubhaltigem Teer sofort in den vollen Rohgasstrom gelangt, in dem mit der Aufheizung des Gemisches eine infolge des geringen Teerpartialdruckes schonende Destillation des Teeres stattfindet, bevor die Pyrolyse in nennenswertem Umfang einsetzt. Ein solches System erfordert deshalb für eine völlige Spaltung des Teeres eine hohe Umlaufrate des Teer-Staub-Gemisches.

In der Patentschrift DD 156711 wird vorgeschlagen, im Waschkühler nicht mit Wasser, sondern mit staubbeladenem Teer zu waschen und dabei oberhalb des Wasserdampftauchpunktes zu arbeiten, um einen zwar staubhaltigen aber wasserfreien Generatorteer zu erhalten. Aus dem Waschteerkreislauf wird ständig ein Teilstrom entnommen und in den Generator zurückgeführt; die Fehlmenge wird durch staubfreiesTeeröl aus der Abhitzestufe bzw. Kondensationsstufe ergänzt. Dabei wird außer acht gelassen, daß diese niedriger siedenden Öle im Waschkühler wieder verdampfen und somit als Waschölkomponenten ohne Wert sind. Problematisch ist weiterhin die Realisierung des Teerkreislaufes bei dem hohen Staubgehalt von 30 bis 60%. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Problem der Wasserabtrennung in die Teerölstufe verlagert wird, wo die Trennung am schwierigsten durchführbar ist, da sich die Dichten der zu trennenden Phasen beim Abhitzekessel-Kondensat nur wenig unterscheiden. Schließlich enthält die genannte Patentschrift keine Beschreibung der Einleitung des Teer-Staub-Gemisches in den Generator.

Inder Patentschrift DD 236343 wird ebenfalls vorgeschlagen, den Generatorteer im Waschkühler wasserfrei zu gewinnen, indem oberhalb des Wasserdampftaupunktes gearbeitet wird, und den so erhaltenen staubhaltigen Teer direkt aus dem Waschkühlersumpf in die entspannte Kohleschleuse und von dort in den Generator zu rückzuführen. Der Hauptteil des Teeres soll im Generator entbunden werden und mit dem Rohgas wieder bis in den Waschkühler gelangen. Der Staubanteil wird durch den Pechrückstand gebunden und zusammen mit der Kohle vergast. Auf diese Weise erhöht sich ständig der Teeranteil im Kreislauf zwischen Waschkühler und Generator, und der Staubgehalt des Teeres sinkt. Schließlich ließe sich ein verarbeitbarer Rohteer aus dem Kreislauf entnehmen. Abgesehen von der schlechten chemischen Qualität des Teeres ist der von der teerverarbeitenden Industrie geforderte Staubgehalt kleiner 2% auf diese Weise jedoch nicht erreichbar, da dies erst bei sehr großen Teerumlaufmengen durch entsprechende Verdünnung erreicht würde. Weiterhin ist mit Störungen des Bekohlungsvorganges zu rechnen, da durch Kontakt mit der kalten Kohle der Stockpunkt des Teeres unterschritten werden kann. Die bisherigen Vorschläge zur Teerrückführung gestatten keine wirksame Pyrolyse des Generatorteeres. Es wurde bisher nicht berücksichtigt, daß der Teer weder sofort wieder dampf-oder tropfenförmig mit dem Rohgas ausgetragen werden noch direkt in die Vergasungs-und Aschezone durchlaufen darf. Außerdem wird bei keinem der Vorschläge berücksichtigt, daß ein Teil des entstehenden Pyrolyseöles wieder mit dem Teer kondensiert, wodurch sich die Kreislaufmenge immer weiter vergrößern würde, und eine Entnahme von Kreislaufteer zur Weiterverarbeitung an der schlechten Qualität dieses Teeres scheitert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Effektivität der Festbettdruckvergasung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zusätzlichen Gewinnung von Mittelöl und Gas durch wirksame Pyrolyse von rückgeführtem Generatorteer im Druckgasgenerator zuentwickeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des Teer-Staub-Gemisches in den Druckgasgenerator im vom Rohgas nicht unmittelbar durchströmten Oberteil des Druckgasgenerators zentral im Bereich der Kohleeinleitung in den Generator erfolgt und daß im nicht vom Rohgas durchströmten Oberteil oder in Teilen dieses Raumes durch zusätzliche Konvektionsströmungen eine Erhöhung der Temperatur der Schüttung bis in den Bereich der Pyrolysetemperaturen erzeugt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die in den Generator eingespeiste Teermenge in Abhängigkeit von der Generatorbelastung auf 5 bis 15% der Vergasungskohlenmenge geregelt wird.

Eine weitere Kennzeichnung der Erfindung ist, daß in den Reinigungs-und Kühlstufen des Rohgases der Trennschnitt zwischen dem rückzuführenden Teer und den nutzbaren leichteren Kohlenwasserstoffen in einen Siedebereich von 275 bis 350⁰C gelegt wird, wodurch sowohl eine gute Trennung des Teeres als auch der leichteren Kohlenwasserstoffe vom gleichzeitig kondensierenden Wasser unter den technologischen Bedingungen gewährleistet wird, und daß durch Verschiebung des

Trennschnittes innerhalb dieses Bereiches das Mengenverhältnis zwischen nutzbaren leichteren Kohlenwasserstoffen und rückzuführendem Teer so gesteuert wird, daß ein Maximum an nutzbaren leichteren Kohlenwasserstoffen gewonnen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Vorrichtung realisiert, die eine Teerzuführungsleitung zum nicht unmittelbar vom Rohgas durchströmten Oberteil des Generators besitzt. Die nicht unmittelbar durchströmte Kohleschüttung befindet sich dabei zwischen dem Verschlußkegel der Kohleschleuse und dem Kohleverteiler mit zentralem Rohgasabgang oder in einem zentral angeordneten Einhängeschacht, um den sich bis zur Generatorwand ein Ringraum zur Sammlung des Rohgases befindet, das über einen Stutzen in der Generatorwand abgezogen wird. Im Hohlraum unter dem Verschlußkegel der Kohleschleuse endet die Teerzuführungsleitung, die mit entsprechenden Elementen, zum Beispiel Prallblechen, zur Verteilung des Teer-Staub-Gemisches versehen ist. Falls der Wärmeübergang zur nichtdurchströmten Schüttung zur Erreichung der Pyrolysetemperaturen nicht ausreicht, so wird eine zusätzliche Konvektionsströmung durch Durchbrüche erreicht, die entweder im Kohleverteiler mit zentralem Rohgasabgang oder im Einhängeschacht angeordnet sind und gegen Feststoffdurchfall gesichert sind. Weiter weist die Vorrichtung eine Kreislaufleitung mit Kreislaufpumpe auf, die über Stichleitungen mit Dosierpumpen mit den Generatoren verbunden ist. Die Vorrichtung weist außerdem eine Verbindungsleitung zwischen Vorkühlersumpf und Mittelölscheidung auf, über die die zusätzlich gewinnbaren Mittelölanteilemitden Kondensatenderfolgenden Kühler vereinigt werden. Durch die Einführung des Teer-Staub-Gemisches in das nicht unmittelbar vom Rohgas durchströmte Generatoroberteil findet die Verdampfung des rückgeführten Teeres bei Zuführung der erforderlichen Wärme infolge des wesentlich höheren Teerpartialdruckes bei wesentlich höheren Temperaturen statt, als bei der Einführung in die unmittelbar vom Rohgas durchströmten Räume. Dadurch werden bei der Zufuhr der erforderlichen Wärme zumindest die höher siedenden Teerfraktionen in der Flüssigphase weitgehend pyrolysiert, bevor es zur Verdampfung kommt.

Die Zuführung der für die Erhitzung der sich im nicht unmittelbar vom Rohgas durchströmten Oberteil befindlichen Schüttung benötigten Wärme erfolgt bei Einsatz eines Kohleverteilers bzw. Einhängeschachtes ohne Durchbrüche für die Gasströmung durch Gasaustausch mit den vom heißen Rohgas unmittelbar durchströmten Gebieten infolge der vorhandenen Temperaturunterschiede. Ist die Rohgasaustrittstemperatur entsprechend hoch, so reicht die auf die Weise zugeführte Wärme zur Pyrolyse des Teeres im nicht vom Rohgas unmittelbar durchströmten Oberteil aus.

Ist die Rohgasaustrittstemperatur jedoch nicht hoch genug, so ist die Wärmezufuhr im nicht vom Rohgas unmittelbar durchströmten Oberteil durch eine zusätzliche Konvektionsströmung zu erhöhen, die durch Durchbrüche im Kohleverteiler bzw. im Einhängeschacht erzeugt wird.

Die Einleitung des Teer-Staub-Gemisches im Bereich der Kohleeinleitung in den Generator ermöglicht eine gute Verteilung des Teer-Staub-Gemisches in der Kohle ohne aufwendige Maßnahmen, wie z. B. die Anordnung von Verteilerflächen mit Öffnungen.

Es wurde gefunden, daß aus dem hochasphaltenhaltigen Generatorteer durch Pyrolyse in 75%iger Ausbeute ein asphaltenarmes niedriger siedendes Öl entsteht. Die bei der Pyrolyse auftretenden Veränderungen werden durch folgende Kennzahlen beschrieben:

Siedebeginn °C

Siedefraktionen bis225°C %

bis 25O⁰C %

bis 275⁰C %

bis 300 ⁰C %

bis 325⁰C %

bis350°C %

Asphaltengehalt im Teer bzw. Öl %

Generatorteer	Pyrolyseöl
wasser-und	wasser-und
staubfrei	staubfrei
210	180
3	8
10	20
17	29
24	39
30	50
37	60
17	3

Als Pyrolyserückstand wird in 15%iger Ausbeute ein Pechkoks gebildet, dessen Menge ausreicht, den im Generatorteer enthaltenen Staub zu binden. Infolgedessen verbleibt der rückgeführte Staub im Generator und wird wie der Vergasungsstoff zu Rohgas umgesetzt.

Das Pyrolyseöl wird mit dem Rohgas aus dem Generator ausgetragen und kondensiert entsprechend seiner Siedelage zusammen mit dem aus der Kohle neu entstandenen Teer und Öl in den Reinigungs- und Kühlstufen, die das Rohgas durchläuft.

Während ohne Generatorteerrückführung die im Temperaturbereich 210 bis 35O⁰C siedenden Öle im Staub-Teer-Gemisch notwendig sind, um seine Fließfähigkeit trotz des hohen Staubgehaltes zu gewährleisten, kann dieser Mittelölanteil bei Generatorteerrückführung durch höher siedende Pyrolyseanteile ersetzt werden.

Durch die Generatorteerrückführung und die Pyrolyse des Generatorteeres wird es deshalb möglich, die Siedegrenze zwischen Teerund Mittelöl von 210 auf 275 bis 350⁰C zu erhöhen. Damit ergibt sich eine wesentliche Erhöhung der Mittelölausbeute bei der Kohledruckvergasung. Außerdem erhöht sich durch Vergasung der Pyrolyserückstände auch die Gasausbeute des Verfahrens.

Schließlich kann durch Rückführung des Generatorteeres in die Druckgasgeneratoren die bisher übliche Verbrennung des Generatorteeres mit den damit verbundenen Erschwernissen für das Anlagenpersonal entfallen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an Hand des Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dazu zeigen Fig. 1 das Verfahrensschema, Fig. 2 die Teerzuführung für einen Generator mit Gasabgang unter einem zentralen Kohleverteiler und Fig.3 die Teerzuführung für einen Generator mit Einhängeschacht.

Die Kondensate aus Waschkühler 1 und Abhitzekessel 2 werden über die Leitung 3 in die Teerscheidung 4 geführt. Dort trennt sich die Hauptmenge des Wassers von dem spezifisch schwereren staubhaltigen Generatorteer ab und wird teils als Waschwasser über die Leitung 5 in den Waschkühler 1 zurückgeführt, teils über die Leitung 6 zur Aufarbeitung in die Entphenolungsanlage gefördert. Der verbleibende staub- und wasserhaltige Generatorteer wird bei einer Temperatur von 70 bis 9O⁰C zur Erhaltung der Homogenität der Dispersion und zur Vermeidung von Absetzungen mit der Pumpe 7 im Kreislauf umgepumpt. Die Kreislaufleitung 8 führt möglichst dicht in Höhe des Generatorkopfes durch das Generatorenhaus. Aus dem Kreislauf erfolgt die Speisung der Generatoren 9 mittels Dosierpumpen 10 über kurze Teerzuführungsleitungen 23. Die einzuspeisende Teermenge beträgt 5 bis 15% bezogen auf die Kohlemenge und wird entsprechend der Generatorbelastung geregelt.

Vom Abhitzekessel 2 strömt das noch etwa 170 bis 19O⁰C heiße Rohgas in die Kühler 11 bis 15 der Kondensationsanlage, indenen Mittelöl und weiteres Wasser abgeschieden werden. Ohne Betrieb der Generatorteerrückführung muß das Kondensat des Vorkühlers 11 über die Leitung 16 in die Teerscheidung 4 gefahren werden, damit ausreichend Teer bzw. Öl für den Transport des Staubes zur Verfügung steht. Bei Betrieb der Generatorteerrückführung fallen in der Teerkondensationsstufe zusätzlich die oberhalb 325⁰C siedenden Pyrolyseölanteile an, so daß die Fließfähigkeit des Teer-Staub-Gemisches auch ohne Mittelölzusatz gewährleistet ist. Das kondensat des Vorkühlers 11 kann infolgedessen über die Leitung 17zurMittelölscheidung 18 geführt werden und dort gemeinsam mit den Kondensaten der Kühler 12 bis 15 aufgearbeitet werden. Damit wird das gesamte aus der Kohle und der Teerpyrolyse entstehende Mittelöl über die Leitung 19 zur Weiterverarbeitung abgeführt. Das spezifisch schwerere Wasser wird über die Leitung 20 zur Entphenolung geleitet.

Sowohl beim Generator mit zentralem Kohleverteiler 21 (s. Figur 2) als auch beim Generator mit Einhängeschacht 22 (s. Figur 3) wird die Teerzuführungsleitung 23 bis in den durch den Schüttwinkel der Kohle gebildeten Hohlraum unter dem Verschlußkegel der Kohleschleuse 24 geleitet. Kohleverteiler und Einhängeschacht können mit Durchbrüchen 25 versehen sein, wenn durch zusätzliche Konvektionsströmungen eine Temperaturerhöhung im nicht unmittelbar vom Rohgas durchströmten Teil des Generators hervorgerufen werden muß.

Claims (3)

1. Verfahren zur zusätzlichen Gewinnung von Mittelöl und Gas durch wirksame Pyrolyse von rückgeführtem Generatorteer im Druckgasgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Generator rückgeführte Generatorteer an zentraler Stelle im nicht vom Rohgas durchströmten Oberteil des Druckgasgenerators eingespeist wird und die Teermenge 5 bis 15% der eingegebenen Kohlemenge beträgt und daß der Trennschnitt zwischen dem rückzuführenden Generatorteer und den nutzbaren leichten Kohlenwasserstoffen in einem Siedebereich von 275 bis 350⁰C liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rückzuführende Generatorteer im Kreislauf umgepumpt wird und jeder Generator aus diesem Kreislauf über eine Stichleitung mit Dosierpumpe mit Generatorteer beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des staubhaltigen Generatorteeres in den Druckgasgenerator über" einen Hohlraum erfolgt, der durch den unteren Kohlekegel der Kohleschleuse oder einen gesonderten Kegel gebildet wird.