DD296695A5

DD296695A5 - Verfahren zur herstellung von brenngas fuer einen kombinierten gas- und dampfturbinenprozess

Info

Publication number: DD296695A5
Application number: DD90342871A
Authority: DD
Inventors: Horst Mertikat
Original assignee: Rheinbraun Aktiengesellschaft,De
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1991-12-12
Also published as: US5016533A; FR2650661A1; DE3923885C2; DE3923885A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brenngas fuer einen kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozesz. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Reinigen des Brenngases zu vereinfachen, dabei Energie zu sparen und gleichzeitig die Wirksamkeit bekannter Verfahren zu verbessern. Als Loesung wird vorgesehen, dasz man das Rohgas (7) nach Absenken der Temperatur auf etwa 200C zunaechst entstaubt (14) und im Anschlusz daran das COS bei Temperaturen zwischen 170 und 200C hydrolysiert * wobei man das fuer die Hydrolyse (17) erforderliche Temperaturniveau im Rohgas (16) im Waermeaustausch (3) mit dem Reingas (10) einstellt. Gleichzeitig wird ein Teil des im Rohgas (16) befindlichen HCN zusammen mit dem COS katalytisch hydrolysiert. Die Befeuchtung (6) des Reingases (22) wird mit Wasser (25) durchgefuehrt, mit welchem das Rohgas (18) vor der Entschwefelung (5) abgekuehlt wurde. Figur{kombinierter Gas-/Dampfturbinenprozesz; Brenngasreinigung; Energieeinsparung; katalytische Hydrolysierung; Entschwefelung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brenngas für einen kombinierten Gas-und Dampfturbinenprozeß durch zumindest teilweise Umsetzung von kohlenstoffhaltigem Material mit sauerstoffhaltigem Gas zu Rohgas in einem Vergaser, Absenken der Temperatur des Rohgases bei gleichzeitiger Erzeugung von Wasserdampf, Reinigen des Rohgases und Hydrolysieren des darin enthaltenen Kohlenoxidsulfid (COS) unter exothermen Bedingungen mit Hilfe von Katalysatoren, Naßreinigen zur Entfernung von Spurstoffen und Reststaub, Abkühlen auf ca. 4O⁰C, Auswaschen von Schwefelwasserstoff (H₂S) und Befeuchten des so erhaltenen Reingases sowie Wiederaufwärmen desselben vor dem Verbrennen in einer Gasturbine.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei bekannten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken mit integrierter Kohlenvergasung wird ein Brenngas erzeugt, das neben H₂S auch Spuren von COS, NH₃ und HCN enthält. Ein solches Brenngas, welches bei der Vergasung von Braunkohle erzeugt wird, hat am Austritt des Vergasungsreaktors beispielsweise die folgenden Zusammensetzung:

CO:	20-30Vol.-%;	H₂:	15-30Vol.-%
CO₂:	8-16Vol.-%;	CH₄:	2-5Vol.-%
N₂:	2-45Vol.-%;	H₂O:	6-20Vol.-%

Der Schwefelwasserstoff H₂S wird mit herkömmlichen physikalisch oder chemisch/physikalisch wirkenden Entschwefelungsverfahren ausgewaschen. Das Auswaschen des H₂S ist erforderlich, um eine Verringerung der S0₂-Emission des Kraftwerksprozesses herbeizuführen.

Allerdings wird bei den bekannten Entschwefelungsverfahren das in dem erzeugten Rohgas enthaltene COS nur geringfügig oder gar nicht abgetrennt und gelangt so in die Gasturbine, wo es als Brenngas verbrannt wird. Bei dieser Verbrennung wird das COS chemisch zu SO₂ umgesetzt und verläßt den Kraftwerksprozeß als schädliches SO₂.

Zur Verringeumg der SO₂-Emission ist es deshalb bekannt, vor der Entschwefelung des Rohgases eine COS-Hydrolyse vorzuschlagen und dabei das COS wie folgt umzusetzen

COS + H₂O - CO₂ + H₂S.

Die COS-Hydrolyse wird mit üblichen Katalysatoren durchgeführt. Dabei reicht der in dem Rohgas enthaltene Anteil an Wasserdampf üblicherweise aus, das COS zu CO₂ und H₂S umzusetzen. Die Umsetzung erfolgt in dem bevorzugten Temperaturbereich zwischen 170 und 200⁰C. Eine wichtige Voraussetzung für die katalytische Umsetzung des COS ist allerdings, daß das Rohgas vorher staubfrei gemacht wird.

Bei der Anmelderin bekannten kombinierten Gas-Dampfturbinen-Kraftwerksprozessen erfolgt die COS-Hydrolyse im Anschluß an eine Naßwäsche, welcher das Rohgas unterzogen wird. Dabei wird das Rohgas naturgemäß abgekühlt. Zur Durchführung der anschließenden COS-Hydrolyse war es deshalb erforderlich, das staubfreie Rohgas auf eine Temperatur zu erwärmen, bei welcher die COS-Hydrolyse, d. h. die Umsetzung des in dem Rohgas enthaltenen Wasserdampfes mit dem COS, erfolgen konnte. Zum Wiederaufwärmen des entstaubten Rohgases war der Aufwand von zusätzlicher Energie sowie von Wärmetauschern erforderlich.

Ziel der Erfindung

Aus diesen Nachteilen des bekannten Kraftwerksprozesses ergibt sich die Aufgabe für die vorliegende Erfindung, die SCVEmission hinter der Gasturbine zu verringern mit dem Ziel, die Aufbereitung des Rohgases energetisch zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, das bekannte Verfahren dadurch abzuwandeln, daß man das Rohgas nach Absenken derTemperatunauf etwa 200⁰C zunächst bei annähernd konstanter Temperatur trocken entstaubt und im Anschluß daran das COS, wie an sich bekannt, bei Temperaturen zwischen 170 und 21CTC hydrolysiert, wobei man allerdings das für die Hydrolyse erforderliche Temperaturniveau im Rohgas durch Wärmeaustausch mit dem Reingas einstellt. Diese Verfahrensführung hat eine Reihe von Vorteilen, welche sich überwiegend durch einen Gewinn an Energie und eine Verringerung der S02-Emission auszeichnen. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Vorwärmung des Rohgases vor der COS-Hydrolyse entfällt. Da das H₂S aus dem Rohgas ohnehin ausgewaschen werden muß, bevor es als Reingas im Gas-Turbinenprozeß verbrannt werden kann, kann das Auswaschen des bei der COS-Hydrolyse entstehenden H₂S gleichzeitig vorgenommen werden zusammen mit dem Auswaschen des in dem Rohgas ohnehin enthaltenen H₂S. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also ohne zusätzliche Kraftwerks- bzw. Gasreinigungseinrichtungen durchgeführt werden; es kommt sogar mit weniger Einrichtungen aus als die bekannten Prozesse. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausfuhrungsbeispiel

Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines Ausführuangsbeispiels näher beschrieben. Die Figur zeigt in schematischer und teilweise vereinfachter Darstellung den Teil eines kombinierten Gas-Dampfturbinen-Kraftwerksprozesses, welcher die Herstellung des Brenngases betrifft.

Zur Vergasung von Braunkohle mit Luft oder einem Sauerstoff/Dampf-Gemisch ist ein Vergaser 1 vorgesehen, dem zur Verwertung der in dem erzeugten Rohgas 7 enthaltenen fühlbaren Wärme ein Dampferzeuger 2 und ein Wärmetauscher 3 nachgeschaltet sind. In dem Dampferzeuger 2 wird das zugeführte Wasser 8 in Hochdruckdampf 9 umgewandelt. Der Wärmetauscher 3 ist dazu vorgesehen, das zugeführte Reingas 10 auf eine Temperatur zu erwärmen, bei welcher es zur Verbrennung in einer nachgeschalteten Gasturbine (nicht gezeigt) am besten geeignet ist. Das erwärmte Reingas 11 wird dieser Gasturbine zugeführt.

Das bei der Vergasung in dem Vergaser erzeugte Rohgas 7 verläßt den Vergaser 1 beispielsweise mit einer Temperatur von SOO⁰C.

Bei der Abgabe der fühlbaren Wärme in dem Dampferzeuger 2 hat das vorgekühlte Rohgas 12 noch eine Temperatur von etwa 400°C, mit der es in den Wärmetauscher 3 eintritt. Am Ausgang des Wärmetauschers 3 besitzt das Rohgas 13 noch eine Temperatur von 200°C, mit der es in eine Anlage 14 eingeführt wird, die zur Entstaubung des Rohgases 13 vorgesehen ist. Der aus dem Rohgas 13 abgeschieden Staub 15 verläßt die Entstaubungsanlage 14 und wird entsorgt.

Die Entstaubung innerhalb der Entstaubungsanlage 14 erfolgte üblicherweise ohne wesentlichen Temperaturverlust, so daß das entstaubte Rohgas 16 mit einer Temperatur von etwa 170 bis 200⁰C in ein Katalysatorbett 17 eingeführt werden kann, in welchem die COS-Hydrolyse stattfindet. Die Hydrolyse ist eine exotherme chemische Reaktion, bei welcher der in dem entstaubten Rohgas 16 noch enthaltene Anteil an Wasserdampf katalytisch zu CO₂ und H₂S umgewandelt wird. Das am Ausgang des Katalysators 17 vorliegende Rohgas 18 wird in eine Gaskühlstrecke eingeführt, an deren Ende ein Wärmetauscher 4 steht, welcher zur Schlußkühlung des Rohgases 18 vorgesehen ist. Vor dem Eintritt in dem Wärmetauscher 4 erfolgt das Waschen des Rohgases 18 in einer Naßwäsche 19, wobei Spurstoffe 20 aus dem Rohgas 18 abgetrennt werden. Bei den Spurstoffen 20 handelt es sich im wesentlichen um restlichen Staub, Ammoniak (NH3) sowie HCN und die Ionen von Chlor und Fluor.

Das heruntergekühlte Rohgas 21 tritt schließlich in die Rohgasentschwefelung 5 ein, wo das H₂S ausgewaschen wird, welches ursprünglich in dem Rohgas 7 enthalten war als auch bei der COS-Hydrolyse in dem Katalysator 17 zusätzlich entstanden ist.

Das die Entschwefelung 5 verlassende Reingas 22 wird schließlich in der Anlage 6 befeuchtet, bevor es als Reingas 10 in den Wärmetauscher 3 zurückgeführt wird, um als erwärmtes Reingas 11 zur Gasturbine zu gelangen.

Bei der Entschwefelung 5 entsteht ein Sauergas 23, aus welchem Schwefel zurückgewonnen wird.

Für die Schlußkühlung des Rohgases 18 wird Wasser 24 benötigt, welches dem Wärmetauscher 4 zugeführt wird. Dabei erwärmt sich das Wasser 24 und verläßt als erwärmtes Wasser 25 den Wärmetauscher 4, um in der Befeuchtungseinrichtung 6 in das Reingas 22 eingesprüht zu werden. Nach der Entschwefelung 5 ist das Reingas 22 trocken und nimmt das eingedüste Wasser 25 auf, wobei ein Teil dieses Wassers verdampft und dem Reingas 22 weitere Wärme durch das erwärmte Wasser 25zugeführt wird.

Zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des gaserzeugenden Zweiges des kombinierten Gas-Dampfturbinenprozesses wird deshalb das befeuchtete Reingas 10 nochmals durch den Wärmetauscher 3 geschickt, wo es unter Aufnahme von Wärme aus dem Rohgas 12 die für die anschließende Verbrennung in der Gasturbine am besten geeignete energetische Konditionierung erhält.

Das bei dem Befeuchten 6 des Reingases 22 nicht verbrauchte Wasser wird über einen Zweigstrom 26 aus der Befeuchtungseinrichtung 6 herausgeführt und dem Frischwasser 24 zugeschlagen, welches den Wärmetauscher 4 durchströmt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Brenngas für einen kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozeß durch zumindest teilweise Umsetzung von kohlenstoffhaltigem Material mit sauerstoffhaltigem Gas zu Rohgas in einem Vergaser, Absenken der Temperatur des Rohgases bei gleichzeitiger Erzeugung von Wasserdampf, Reinigen des Rohgases und Hydrolysieren des darin enthaltenen Kohlenoxidsulfid (COS) unter exothermen Bedingungen mit Hilfe von Katalysatoren, Naßreinigen zur Entfernung von Spurstoffen und Reststaub, Abkühlen auf ca. 4O⁰C, Auswaschen von Schwefelwasserstoff (H₂S) und Befeuchten des so erhaltenen Reingases sowie Wiederaufwärmen desselben vor dem Verbrennen in einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohgas nach Absenken der Temperatur auf etwa 200⁰C zunächst entstaubt und im Anschluß daran das COS i* bei Temperaturen zwischen 170 und 200⁰C hydrolysiert, wobei man das für die Hydrolyse / erforderliche Temperaturniveau im Rohgas im Wärmeaustausch mit dem Reingas einstellt. »

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das bei der Hydrolyse des COS entstehende H₂S zusammen mit dem im Rohgas enthaltenen H₂S auswäscht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil des im Rohgas befindlichen HCN zusammen mit dem COS katalytisch hydrolysiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Befeuchtung des Reingases mit Waser durchführt, mit welchem das Rohgas vorder Entschwefelung abgekühlt wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den beim Befeuchten anfallenden Überschuß an Wasser zurückführt und damit das Gas vor dem Auswaschen des H₂S abkühlt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohgas nach der Abkühlung und vor der Entschwefelung einer Naßwäsche unterzieht und dabei die Rohgaskomponenten Ammoniak (NH₃) und Cyanwasserstoff (HCN) sowie die Ionen von Chlor (Cl") und Fluor (F") auswäscht.