DE102007020333A1 - Use of pure carbon dioxide as an inerting and conveying medium in dust injection systems for pulverized coal gasification - Google Patents

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Abstract

In einem Staubeintragsystem für die Kohlenstaubdruckvergasung, das einen Bunker (BK) zur Bevorratung des Kohlenstaubs, mehrere Staubeintragschleusen (SES) und ein Dosiergefäß (DG) umfasst, werden den mit Betriebshochdruck beaufschlagten Komponenten Staubeintragschleuse und Dosiergefäß als Inertisierungs- und Fördermedium bzw. Fluidierungsmedium reines Kohlendioxid (CO<SUB>2</SUB>) zugeführt. Die Kohlendioxid führenden Komponenten werden so weit beheizt, dass die Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet liegt. In vorteilhafter Weise ist, insbesondere für die Kohlenstaubdruckvergasung mit der Zielstellung Synthesegaserzeugung für die Produktion unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe, der durch das Staubeintragsystem bedingte Stickstoffanteil im Produktgas vermieden.In a dust injection system for pulverized coal gasification, which includes a bunker (BK) for storing the pulverized coal, several dust entry locks (SES) and a metering vessel (DG), the operating dust with high pressure components dust collection and metering as inerting and conveying medium or fluidizing pure carbon dioxide (CO <SUB> 2 </ SUB>) supplied. The carbon dioxide-carrying components are heated to such an extent that the temperature is above the limit of the two-phase region. Advantageously, especially for the coal dust gasification with the goal synthesis gas production for the production of different hydrocarbons, the condition caused by the Staubeintragsystems nitrogen content in the product gas avoided.

Description

Der Anmeldungsgegensotand betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 3.Of the Application Opposite relates to a method and an arrangement for operating a dust entry system for pulverized coal gasification with the features of claim 1 or 3.

Als Inertisierungs- und Fördermedium in pneumatisch arbeitenden Staubeintragsystemen von Anlagen zur Kohlenstaubdruckvergasung wird üblicherweise Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage eingesetzt. Diese Verfahrensvariante hat sich sowohl in Eintragsystemen für die Kohlenstaubinjektion in Hochöfen als auch für Kohlenstaubdruckvergasungsanlagen bewährt und ist technisch weitgehend ausgereift. Vorteilhafterweise werden hierbei das Entspannungsgas der Staubeintragsschleusen sowie das unter bestimmten Betriebsbedingungen im Dosiergefäß anfallende Überschussgas vor der Abgabe in die Atmosphäre bereits unter erhöhten Betriebsdrücken in speziellen Filtergefäßen entstaubt. Obwohl die Staubeintragssysteme auf der Basis der pneumatischen Dichtstromförderung mit sehr hohen Beladungsverhältnissen arbeiten, überschreitet der Stickstoffeintrag in die Vergasungssysteme in vielen Fällen die zulässigen Grenzen. Ursache hierfür ist auch der in den meisten Anwendungsfällen ansteigende Verfahrensdruck. Insbesondere für die Kohlenstaubdruckvergasung mit der Zielstellung Synthesegaserzeugung für die Produktion unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe ergibt sich die Forderung nach einer Begrenzung des Stickstoffanteils im Produktgas.When Inerting and conveying medium in pneumatically operated dust entry systems of plants for Pulverized coal gasification usually becomes Nitrogen used in the air separation plant. This process variant has been used both in entry systems for pulverized coal injection in blast furnaces as well as for Pulverized coal gasification plants proven and is technically largely mature. Advantageously, in this case, the expansion gas the dust entry locks as well as under certain operating conditions in the dosing vessel resulting excess gas before release into the atmosphere already under increased operating pressures dedusted in special filter vessels. Although the dust entry systems based on the pneumatic Dense phase conveying with very high loading conditions work, transcend the nitrogen input into the gasification systems in many cases the permissible Limits. Cause for this is also the increasing process pressure in most applications. Especially for the coal dust gasification with the goal synthesis gas production for the Production of different hydrocarbons results in the Demand for a limitation of the nitrogen content in the product gas.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Anordnung eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung derart weiterzubilden, dass der Stickstoffeintrag in das nachfolgende Vergasungssystem und die damit einhergehenden Nachteile vermieden werden.the The subject of the application is based on the problem, a method or an arrangement of a Staubeintragsystems for pulverized coal gasification in such a way that the nitrogen entry into the subsequent Gasification system and the associated disadvantages avoided become.

Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst.The Problem is solved by the features of claim 1 and 3, respectively.

Erfindungsgemäß wird der Staubeintragschleuse als Inertisierungs- und Fördermedium sowie dem Dosiergefäß als Fluidisierungsgas Kohlendioxid CO2 zugeführt. Die mit im Wesentlichen reinem Kohlendioxid betriebenen Anlagenabschnitte werden soweit beheizt, dass eine Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet gegeben ist. In vorteilhafter Weise macht sich die Erfindung zu nutze, dass nicht sämtliche Komponenten mit Kohlendioxid betrieben werden müssen, vielmehr dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium – mit verringertem Aufwand gegenüber Kohlendioxid – erhitzter Stickstoff zugeführt wird.According to the invention, the dust-entry lock is fed as inertizing and conveying medium and the metering vessel as fluidizing gas carbon dioxide CO 2 . The sections of the plant operated with essentially pure carbon dioxide are heated to such an extent that a temperature above the limit of the two-phase area is present. Advantageously, the invention makes use of the fact that not all components must be operated with carbon dioxide, but the bunker as inerting and loosening medium - with reduced effort compared to carbon dioxide - heated nitrogen is supplied.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the subject of the application are specified in the subclaims.

Der Anmeldungsgegenstand wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:Of the The subject of the application is hereinafter referred to as an exemplary embodiment in a to understanding required extent explained in more detail with reference to a figure. Showing:

1 eine prizipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Kohlenstaub-Eintragsystems 1 a prizipielle representation of a coal dust entry system according to the invention

Einem unter Umgebungsdruck stehenden und beheizbaren Bunker BK zur Bevoratung von Feststoff FS, wie z. B. Kohlenstaub, ist als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff N2 zuführbar. Über eine Fördereinrichtung ist der Feststoff einer unter einem Betriebshochdrock von beispielsweise 40 bar stehenden Staubeintragschleuse SES zuführbar. Der Staubeintragschleuse ist als Inertisierungs- und Fördermedium Kohlendioxid CO2 zuführbar mit einer Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet bei Betriebshochdruck. Im oberen Bereich der Staubeintragschleuse wird das Entspannungsgas abgeführt, über eine mehrstufige Entspannungsvorrichtung mEV auf Umgebungsdruck entspannt und in einem nachfolgenden Filter F unter Umgebungsdruck entstaubt. Die Feststoffübernahme aus den Staubeintragschleusen in das Dosiergerfäß DG erfolgt durch Schwerkraftförderung über eine ausreichend dimensionierte Fallleitung. Je Staubeintragsystem sind zwei bis vier Staubeintragschleusen im Einsatz.A standing under ambient pressure and heated bunker BK for pre-storage of solid FS, such. As coal dust, is heated as inerting and loosening medium heated nitrogen N 2 fed. Via a conveyor, the solid material can be fed to a dust entry lock SES, which is under an operating high-pressure jacket of, for example, 40 bar. The dust entry lock can be fed as an inerting and conveying medium carbon dioxide CO 2 with a temperature above the boundary to the two-phase region at high operating pressure. In the upper part of the dust entry lock, the expansion gas is removed, depressurized via a multistage expansion device mEV to ambient pressure and dedusted in a subsequent filter F under ambient pressure. The solids transfer from the dust entry locks into the metering device DG takes place by gravity conveying via a sufficiently dimensioned downpipe. Two to four dust entry locks are used per dust entry system.

Als Fluidisierungsgas wird Kohlendioxid genutzt. Durch das Fluidisierungsgas wird im Unterteil des Dosiergefäßes eine partielle Wirbelschicht erzeugt. Hierbei wird der Kohlenstaub aus dem Zustand einer Staubschüttung in den Wirbelschicht- und damit zugleich in den Förderzustand überführt. Da durch die vorhergehenden Verfahrensschritte sichergestellt wurde, dass das Lückenvolumen der Staubschüttung im Dosiergefäß mit Kohlendioxid gefüllt ist und für die Fluidisierung ebenfalls Kohlendioxid eingesetzt wird, besteht das Staubbegleitgas am Förderleitungseintritt FLE zum Reaktor nahezu vollständig aus dieser Gaskomponente.When Fluidizing gas is used carbon dioxide. By the fluidizing gas is in the lower part of the dosing a Partial fluidized bed generated. This is the coal dust the condition of a dust dump in the fluidized bed and at the same time transferred to the state of conveyance. There was ensured by the preceding process steps, that the gap volume the dust fill in the dosing vessel with carbon dioxide filled is and for the fluidization is also used carbon dioxide exists the dust gas at the delivery line entrance FLE to the reactor almost completely from this gas component.

Als Injektionsgas wird ebenfalls Kohlendioxid genutzt. Das Injektionsgas wird in die Kohlenstaubförderleitungen eingeleitet. Injektionsgaszuführungen können erforderlich werden, um Störungen der Kohlenstaubzuführung zum Reaktor schnell genug zu erkennen.When Injection gas is also used carbon dioxide. The injection gas gets into the coal dust pipes initiated. Injection gas supplies can be necessary to disturbances the coal dust feed to recognize the reactor fast enough.

Erfindungsgemäß wird der Forderung nach Begrenzung des Stickstoffanteils im Produktgas aus der Kohlenstaubdruckvergasung durch den Einsatz von Kohlendioxid als Inertisierungs- und Fördermedium im Kohlenstaubeintragsystem Rechnung getragen.According to the invention Demand for limitation of the nitrogen content in the product gas from the Pulverized coal gasification by the use of carbon dioxide as Inerting and conveying medium taken into account in the coal dust injection system.

Wegen der thermodynamischen Eigenschaften von Kohlendioxid sind hierbei jedoch einige Besonderheiten zu beachten. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass reines Kohlendioxid bei den angestrebten Verfahrensdrücken oberhalb 40 bar bereits bei Umgebungstemperatur die Grenze zum Zweiphasengebiet erreicht. Um das zu vermeiden, sind in sämtlichen Verfahrensabschnitten, die bei bzw. oberhalb der erforderlichen Verfahrensdrücke mit reinem Kohlendioxid betrieben werden, stets ausreichend hohe Betriebstemperaturen zu gewährleisten.Because of The thermodynamic properties of carbon dioxide are here however, to note some peculiarities. In particular, it should be noted that pure carbon dioxide at the desired process pressures above 40 bar already at ambient temperature the border to the two-phase area reached. In order to avoid that, in all stages of the procedure, at or above the required process pressures with operated pure carbon dioxide, always sufficiently high operating temperatures to ensure.

Das Kohlendioxid wird bereits an der Anlagengrenze mit ausreichend hoher Temperatur übernommen. Der Abkühlung des Gases bei der Bevorratung, Fortleitung sowie der verfahrensspezifischen Nutzung selbst ist durch ein geeignetes Beheizungssystem entgegenzuwirken.The Carbon dioxide is already at the line limit with sufficiently high Temperature taken over. The cooling of the gas during storage, forwarding and the process-specific use itself is counteracted by a suitable heating system.

Von besonderer Bedeutung ist es, die Temperatur des in der vorgeschalteten Mahltrocknungsanlage erzeugten Kohlenstaubs bis zum Eintritt in den Reaktor durchgängig auf einem möglichst hohen Niveau zu halten. Aus diesem Grund wird auch der bei Umgebungsdruck arbeitende und mit Stickstoff als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium beaufschlagte Kohlenstaubbunker beheizt. Ebenso wird der zugeführte Stickstoff erwärmt, um eine Staubabkühlung z. B. bei längeren Anlagenstillständen zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist eine durchgängige Beheizung in den Verfahrensabschnitten Gasspeicherung, -fortleitung und Dosiersystem selbst gegeben.From special importance is the temperature of the upstream Grind drying plant produced coal dust until entry into the Reactor throughout on one as possible high level. For this reason, the at ambient pressure working and with nitrogen as an inerting and loosening medium heated coal dust bunker heated. Likewise, the supplied nitrogen heated to a dust cooling z. B. at longer Plant shutdowns to avoid. According to the invention is a continuous heating in the process sections gas storage, transfer and dosing system given yourself.

Um Probleme durch verminderte Einsatzdauer von Filterelementen durch Anfall von flüssigem Kohlendioxid infolge der polytropen Abkühlung des Mediums bei der Schleusenentspannung auszuschließen, wird auf die Entstaubung des Entspannungsgases unter erhöhtem Betriebsdruck verzichtet.Around Problems due to reduced service life of filter elements Accumulation of liquid carbon dioxide as a result of polytropic cooling exclude the medium in the lock release is on the dedusting of the expansion gas under increased operating pressure waived.

Der Druck des in geringem Maße staubbeladenen Entspannungsgases wird über mehrstufig ausgeführte Entspannungsvorrichtungen mEV abgebaut. Die Entstaubung des Entspannungsgases erfolgt im Anschluss in einem unter Umgebungsdruck arbeitenden Filter F.Of the Pressure of the slightest Dust-laden flash gas is passed through multi-stage relaxation devices mEV dismantled. The dedusting of the expansion gas takes place afterwards in a working under ambient pressure filter F.

Der Rohrleitungsabschnitt zwischen Schleuse und Entspannungsvorrichtung wird beheizt, um die polytrope Entspannungskälte zu kompensieren und die zulässigen Arbeitsbedingungen des Entspannungsfilters einzuhalten. Die Entspannungsvorrichtung wird so ausgeführt, dass gleichzeitig die Entspannungsgeräusche vermindert werden. Als Entspannungsvorrichtung werden beispielsweise in Fachkreisen bekannte, sogenannte Silencerplates eingesetzt. Diese bewirken eine Minderung der Entspannungsgeräusche einerseits durch mehrstufige Entspannung und andererseits durch Aufteilung des insgesamt erforderlichen Bohrungsquerschnitts auf eine Vielzahl kleinerer Bohrungen. Es ist auch ein verschleißgeschütztes Regelventil mit nachgeschaltetem Silencer einsetzbar. Falls diese Maßnahmen nicht ausreichen sind zusätzlichen Schallschutzmaßnahmen, wie zum Beispiel mittels einer schalldämmenden Ummantelung, einsetzbar.Of the Pipe section between lock and expansion device is heated to compensate for the polytropic relaxation cold and the permissible To comply with working conditions of the expansion filter. The relaxation device is executed that at the same time the relaxation sounds are reduced. When Relaxation device, for example, known in the art, so-called Silencerplates used. These cause a reduction the relaxation sounds on the one hand through multi-stage relaxation and on the other hand through Distribution of the total required bore cross-section to one Variety of smaller holes. It is also a wear-resistant control valve can be used with downstream Silencer. If these measures do not work suffice are additional Noise protection measures, as for example by means of a sound-insulating sheath, can be used.

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung, umfassend einen Bunker (BK) zur Bevoratung des Kohlenstaubs, der mit Umgebungsdruck beaufschlagt wird, eine Anzahl von Staubeintragschleusen (SES) und ein Dosiergefäß (DG), die mit Betriebshochdruck beaufschlagt werden, demzufolge der Bunker beheizt wird, dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff (N2) zugeführt wird, der Staubeintragschleuse als Inertisierungs- und Fördermedium Kohlendioxid (CO2) zugeführt wird und dem Dosiergefäß als Fluidierungsmedium Kohlendioxid zugeführt wird.A method of operating a dust injection system for pulverized coal gasification, comprising a bunker (BK) for reserving the pulverized coal subjected to ambient pressure, a number of dust entry locks (SES) and a metering vessel (DG) operating at high operating pressure, thus heating the bunker is supplied to the bunker as an inerting and loosening medium heated nitrogen (N 2 ), the dust entry lock as inerting and conveying medium carbon dioxide (CO 2 ) is fed and the dosing is fed as a fluidizing medium carbon dioxide. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Kohlendioxid auf eine Temperatur aufgeheizt wird, oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet bei Verfahrenshochdruck (im Hochdruckbereich des Systems).Method according to claim 1, characterized that the fed Carbon dioxide is heated to a temperature above the limit to Two phase area at high process pressure (in the high pressure area of the Systems). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsgas der Staubeintragschleuse entspannt, beheizt und anschließend unter Umgebungsdruck gefiltert wird.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the expansion gas of the dust entry lock relaxed, heated and then filtered under ambient pressure. Anordnung zur Staubeintragung für die Kohlenstaubdruckvergasung, umfassend einen mit Umgebungsdruck beaufschlagten Bunker (BK) zur Bevoratung des Kohlenstaubs, mehrere mit Betriebshochdruck beaufschlagbare Staubeintragschleusen (SES), ein mit Betriebshochdruck beaufschlagbares Dosiergefäß (DG) wobei der Bunker beheizbar ist, dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff (N2) zuführbar ist, der Staubeintragschleuse als Inertisierungs- und Fördermedium Kohlendioxid (CO2) zuführbar ist, dem Dosiergefäß als Fluidierungsmedium Kohlendioxid zuführbar ist.Arrangement for dust introduction for pulverized coal gasification, comprising a bunker (BK) pressurized with ambient pressure for storing the pulverized coal, a plurality of high pressure operating dust entry gates (SES), a can be acted upon with operating pressure Dosiergefäß (DG) the bunker is heated, the bunker as inerting and Heated nitrogen (N 2 ) can be supplied to the loosening medium, the dust entry lock can be supplied as an inerting and conveying medium carbon dioxide (CO 2 ), the metering vessel as carbon dioxide fluidizing medium can be supplied. Anordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kohlendioxid beaufschlagten Komponenten auf eine jeweilige Temperatur aufgeheizbar sind, oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet.Arrangement according to claim 4, characterized in that acted upon by carbon dioxide Components are heated to a particular temperature, above the boundary to the two-phase region.
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