DE102007055297A1

DE102007055297A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von Abwasser

Info

Publication number: DE102007055297A1
Application number: DE200710055297
Authority: DE
Inventors: Jürgen GLASER; Lars Kirchner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Behandlung eines mit Feststoffen beladenen, gelöste Gase enthaltenden Abwassers (1), wobei durch Vakuumbehandlung (V) im Abwasser gelöste Gase (3) abgetrennt werden und ein entgastes Abwasser (2) erzeugt wird. Der für die Vakuumbehandlung (V) erforderliche Unterdruck wird zumindest teilweise mittels eines mit Wasserdampf betriebenen Ejektors (Dampfejektor) (D1, D2) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines mit Feststoffen beladenen, gelöste Gase enthaltenden Abwassers, wobei durch Vakuumbehandlung im Abwasser gelöste Gase abgetrennt werden und ein entgastes Abwasser erzeugt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Unter Vakuumbehandlung sei im Folgenden eine Behandlungsmethode zu verstehen, bei der das Abwasser einem Druck ausgesetzt wird, der niedriger ist, als der Umgebungsdruck (Unterdruck).
Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthaltende Gasgemische, sog. Synthesegase, sind wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten, wie Ammoniak, Methanol oder auch synthetischer Kraftstoffe. Ein in der Industrie weit verbreitetes Verfahren, mit dem aus Kohlenwasserstoffen in Synthesegasanlagen Synthesegase bzw. deren Vorstufen erzeugt werden, ist die Partielle Oxidation. Hierbei wird ein i. Allg. vorgewärmter kohlenwasserstoffhaltiger Einsatz in einem Reaktor (POX-Reaktor) bei Temperaturen zwischen 1300 und 1500°C und Drücken bis zu 100 bar mit Wasserdampf und einem Oxidationsmittel zu einem Vergasungsprodukt umgesetzt, das zu großen Teilen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Wasser besteht. Die für die Reaktion erforderliche Wärme wird durch unvollständige (partielle) Oxidation der im Einsatz befindlichen Kohlenwasserstoffe erzeugt. Dem POX-Reaktor wird hierzu Sauerstoff in einer Menge zugeführt, die für eine vollständige Umsetzung der Kohlenwasserstoffe nicht ausreichend ist.
Bei der Partiellen Oxidation entstehen neben gasförmigen Komponenten auch Feststoffe, wie Ruß und Asche, die aus dem Vergasungsprodukt entfernt werden müssen, bevor es weiter aufbereitet werden kann. Das mit einer Temperatur von mehr als 1300°C aus dem POX-Reaktor austretende Vergasungsprodukt wird nach dem Stand der Technik zunächst abgekühlt und anschließend einer Wasserwäsche unterzogen. Erfolgt die Abkühlung in direktem Kontakt mit Wasser (Quenchen), so wird bereits in diesem Verfahrensschritt ein Großteil der Feststoffe aus dem Vergasungsprodukt ausgewaschen und geht in das zum Quenchen verwendete Wasser (Quenchwasser) über. In der Wasserwäsche erfolgt eine Feinreinigung, bei der ein Synthesegas erzeugt wird, das einen Feststoffgehalt aufweist, der typischer Weise unterhalb von 1 mg/m3 liegt.
Aus dem bei der Rußabtrennung erzeugten Abwasser (Rußwasser), das neben Feststoffen auch gelöste Gase, wie z. B. Schwefelwasserstoff (H₂S), CO, Blausäure (HCN) oder Ammoniak (NH3) enthält, wird nach dem Stand der Technik, der Ruß abfiltriert. Hierzu wird das Rußwasser auf Umgebungsdruck entspannt und einer Filteranlage (z. B. Trommelfilter, Filterpresse) zugeführt. Um zu verhindern, dass hierbei gesundheitsschädliche Gase am Standort der Filteranlage frei gesetzt werdenund diesen belasten, wird das Rußwasser vor der Filtrierung einer Vakuumbehandlung unterzogen, bei der die gelösten Gase gezielt ausgegast und einer Entsorgung zugeführt werden. Das entgaste Rußwasser wird anschließend mittels einer Pumpe in die Filteranlage weitergeführt.
In der Patentschrift EP1108686 wird ein derartiges Verfahren beschrieben, wobei zur Erzeugung des für die Vakuumbehandlung erforderlichen Unterdrucks und zum Abzug der freigesetzten Gase Vakuumpumpen eingesetzt werden, bei denen es sich vorzugsweise um Flüssigkeitsringpumpen handelt.
Vakuumpumpen sind komplexe Maschinen mit hohen Anschaffungskosten. Darüber hinaus sind auch ihr Unterhalt und ihr Betrieb mit hohen Kosten verbunden, da sie störanfällig und wartungsintensiv sind und mit teurer elektrischer Energie angetrieben werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die eine kostengünstigere Vakuumbehandlung von Abwasser erlauben, als der Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der für die Vakuumbehandlung erforderliche Unterdruck zumindest teilweise mittels eines mit Wasserdampf betriebenen Ejektors (Dampfejektor) erzeugt wird.
Ejektoren sind Apparate zur Förderung von Fluiden, die der Fachmann seit vielen Jahren kennt. Im Gegensatz zu Pumpen, besitzen sie keine beweglichen Teile und könne daher mit minimalem Wartungsaufwand betrieben werden. Durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eines Treibmediums wird im Ejektor ein Unterdruck erzeugt, mit dessen Hilfe die Fluide angesaugt werden können. Mittels einer Düse wird die Strömungsgeschwindigkeit des dem Ejektor zugeführten Treibmediums erhöht, wodurch gemäß dem Gesetz von Bemoulli ein dynamischer Druckabfall entsteht. Ist der Druckabfall ausreichend hoch, bildet sich zwischen Treibstrahl und dem zu fördernden Fluid eine Druckdifferenz aus, durch die das Fluid in den Ejektor gedrückt und zusammen mit dem Treibmedium weiter transportiert wird. Bei der nachfolgenden Abbremsung erhöhen sich der Druck von Treibmedium und Fluid entsprechend. Als Treibmedien werden Gase (z. B. Luft), Flüssigkeiten (z. B. Wasser) oder Dampf (z. B. Wasserdampf) eingesetzt. Im Folgenden soll unter einem Dampfejektor ein mit Wasserdampf betriebener Ejektor verstanden werden.
Abhängig von Druck und Menge des zur Verfügung stehenden Dampfes ist der mit einem Dampfejektor erzeugbare Unterdruck auf einen Wert begrenzt, der für die Durchführung der Vakuumbehandlung u. U. zu klein ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend, wird daher vorgeschlagen, dass zur Erzeugung des für die Vakuumbehandlung erforderlichen Unterdrucks mehr als ein Dampfejektor eingesetzt wird, wobei zumindest zwei der Ejektoren in Serie geschaltet werden.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aus dem Dampfejektor austretende, aus Wasserdampf und Gasen bestehende Stoffgemisch, vorzugsweise in direktem Kontakt mit Kühlwasser bis unterhalb des Wassertaupunktes abgekühlt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Entgasung einer Vielzahl von Abwässern geeignet. Insbesondere eignet es sich jedoch zur Entgasung von mit Ruß beladenem, gelöste Gase enthaltendem Abwasser aus einer Öl- und/oder Kohlevergasung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Behandlung eines mit Feststoffen beladenen, gelöste Gase enthaltenden Abwassers, aufweisend eine Vakuumkammer in das zu behandelnde Abwasser entspannbar und aus der entgastes Abwasser abziehbar ist, eine Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Unterdruckes in der Vakuumkammer (Unterdruckerzeuger), über die aus dem Abwasser frei gesetzte Gase aus der Vakuumkammer abziehbar sind.
Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Unterdruckerzeuger wenigstens einen mit Wasserdampf betriebenen Ejektor (Dampfejektor) umfasst.
Um einen größeren Unterdruck zu erzeugen als dies mit einem Dampfejektor möglich ist, sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der Unterdruckerzeuger zumindest zwei in Serie geschaltete Dampfejektoren umfasst. Hierdurch ist ein größerer Unterdruck erzeugbar, als dies mit nur einem Dampfejektor möglich ist.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass jedem Dampfejektor eine, vorzugsweise als Sprühkühler ausgeführte Kühleinrichtung zugeordnet ist, in der das aus dem Dampfejektor austretende, aus Wasserdampf und Gasen bestehende Stoffgemisch bis unterhalb des Wassertaupunktes abkühlbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Entgasung einer Vielzahl von Abwässern eingesetzt werden. Vorzugsweise wird sie jedoch zur Entgasung von mit Ruß beladenem, gelöste Gase enthaltendem Abwasser aus einer Öl- und/oder Kohlevergasung verwendet.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Erfindung wesentliche wirtschaftliche Vorteile auf, da Dampfejektoren im Gegensatz zu Pumpen keine beweglichen Teile enthalten, sind sie robust und wenig störanfällig. Zu ihrem Betrieb benötigen Dampfejektoren keine teure elektrische Energie; der erforderliche Dampf kann vergleichsweise kostengünstig bezogen werden. Darüber hinaus sind sie in ihren Anschaffungskosten erheblich günstiger als Vakuumpumpen vergleichbarer Leistung.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung von mit Ruß beladenem Abwasser aus einer Öl- und/oder Kohlevergasung. Das bei der Vakuumbehandlung entgaste Abwasser wird anschließend in eine Filtereinrichtung weitergeleitet. Der für die Vakuumbehandlung erforderliche Unterdruck wird über zwei in Serie geschaltete Dampfejektoren erzeugt.
Rußbeladenes Abwasser 1, das unter einem Überdruck zwischen 2 und 4 bar steht, wird über das Drosselorgan a in die Vakuumkammer V entspannt. Bei dem in der Vakuumkammer V herrschenden Druck von 0,1...0,2 bar(abs.) wird der überwiegende Teil der im Abwasser 1 gelösten Gase, wie z. B. Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Blausäure oder Ammoniak, freigesetzt. Das entgaste Abwasser wird über Leitung 2 mit Hilfe der Pumpe P aus der Vakuumkammer V abgezogen und einer Filtereinrichtung (nicht dargestellt) zur Abtrennung von Ruß und anderen Feststoffen zugeführt.
Die in der Vakuumkammer V freigesetzten Gase gelangen über Leitung 3 zur Saugseite des ersten Dampfejektors D1, dem über Leitung 4 Hochdruckdampf zugeführt wird. Die Gase werden von dem im Dampfejektor D1 gebildeten Dampfstrahl von der Saug- zur Druckseite befördert und gemeinsam mit diesem über Leitung 5 dem Sprühkühler S1 zugeführt, wo sie in direktem Kontakt mit Kühlwasser 6 bis unterhalb des Wassertaupunktes abgekühlt werden. Das im Stoffstrom 5 enthaltene Wasser kondensiert hierbei weitgehend aus und wird über Leitung 7 abgezogen. Mit einem Druck von ca. 0,4 bar(abs.) gelangen die Gase über Leitung 8 zur Saugseite des zweiten Dampfejektors D2, der über Leitung 9 mit Hochdruckdampf versorgt wird. Die Gase werden von dem im Dampfejektor D2 gebildeten Dampfstrahl von der Saug- zur Druckseite befördert und gemeinsam mit diesem über Leitung 10 dem Sprühkühler S2 zugeführt, wo sie in direktem Kontakt mit Kühlwasser 11 bis unterhalb des Wassertaupunktes abgekühlt werden. Das im Stoffstrom 10 enthaltene Wasser kondensiert hierbei weitgehend aus und wird über Leitung 12 abgezogen, während die verbleibenden Gase mit einem Druck von ca. 1,2 bar(abs.) über Leitung 13 als Abgas weiter geführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1108686 [0006]

Claims

Verfahren zur Behandlung eines mit Feststoffen beladenen, gelöste Gase enthaltenden Abwassers (1), wobei durch Vakuumbehandlung (V) im Abwasser gelöste Gase (3) abgetrennt werden und ein entgastes Abwasser (2) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Vakuumbehandlung (V) erforderliche Unterdruck zumindest teilweise mittels eines mit Wasserdampf betriebenen Ejektors (Dampfejektor) (D1, D2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des für die Vakuumbehandlung (V) erforderlichen Unterdrucks mehr als ein Dampfejektor eingesetzt wird, wobei zumindest zwei der Ejektoren (D1, D2) in Serie geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Dampfejektor austretende, aus Wasserdampf und Gasen bestehende Stoffgemisch (5, 10), vorzugsweise in direktem Kontakt mit Kühlwasser (6, 11), bis unterhalb des Wassertaupunktes abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Entgasung von mit Ruß beladenem, gelöste Gase enthaltendem Abwasser aus einer Öl- und/oder Kohlevergasung eingesetzt wird.
Vorrichtung zur Behandlung eines mit Feststoffen beladenen, gelöste Gase enthaltenden Abwassers (1), aufweisend eine Vakuumkammer (V) in das zu behandelnde Abwasser (1) entspannbar und aus der entgastes Abwasser (2) abziehbar ist, eine Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Unterdruckes in der Vakuumkammer (Unterdruckerzeuger), über die aus dem Abwasser (1) frei gesetzte Gase aus der Vakuumkammer (V) abziehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruckerzeuger wenigstens einen mit Wasserdampf betriebenen Ejektor (Dampfejektor) (D1, D2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruckerzeuger zumindest zwei in Serie geschaltete Dampfejektoren (D1, D2) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Dampfejektor (D1, D2) eine, vorzugsweise als Sprühkühler ausgeführte Kühleinrichtung zugeordnet ist, in der das aus dem Dampfejektor austretende, aus Wasserdampf und Gasen bestehendes Stoffgemisch (5, 10) bis unterhalb des Wassertaupunktes abkühlbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Entgasung von mit Ruß beladenem, gelöste Gase enthaltendem Abwasser aus einer Öl- und/oder Kohlevergasung verwendet wird.