DE102008059488B3

DE102008059488B3 - Einsatz von Prozesskondensaten zur Substitution von deionisiertem Wasser bei der Vergasung mit Vollquench

Info

Publication number: DE102008059488B3
Application number: DE200810059488
Authority: DE
Inventors: Norbert Fischer; Christian Görsch; Frank Hannemann; Friedemann Mehlhose
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2028-11-29
Also published as: AU2009240881B2; AU2009240881A1

Abstract

Eine Vergasungseinrichtung zur Vergasung von festen oder flüssigen Brennstoffen zu einem reich an wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigen Rohgas weist eine Quencheinrichtung auf, die über einen Prozesswasserkreislauf aus einem Quenchwasserbehälter mit Quenchwasser gespeist wird. Erfindungsgemäß wird die zur Nachspeisung des Prozesswasserkreislaufs notwendige Menge an DI- Wasser zum Teil durch ein Prozesskondensat ersetzt, was zu einer deutlichen Reduzierung des DI- Wasserbedarfs somit zu Einsparungen bei der DI- Wasseraufbereitung und der Prozesskondensatbehandlung führt. Eine Einspeisung von heißen Prozesskondensaten wirkt sich entweder direkt auf die Quenchwassertemperatur und somit auf das Dampf-/Gas-Verhältnis, oder indirekt auf die zur Quenchwasservorwärmung notwendige Energie vorteilhaft aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Quenchen in einer Vergasungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugstromvergasung unterschiedlicher fester und flüssiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel unter normalem oder erhöhtem Druck bis 10 MPa. Feste Brennstoffe sind dabei zu Staub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, Petrolkokse sowie andere mahlbare Feststoffe mit einem Heizwert größer 7 MJ/kg. Unter flüssigen Brennstoffen sind Öle oder Öl-Feststoff-Suspensionen, aber auch Kohle-Wasser-Suspensionen, sogenannte Slurries zu verstehen. In der Technik der Gaserzeugung ist die autotherme Flugstromvergasung langjährig bekannt. Das Verhältnis von Brennstoff zum sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel wird dabei so gewählt, dass man Temperaturen erreicht, die über dem Schmelzpunkt der Asche, in der Regel > 1300°C, liegen. Dann wird die Asche zu flüssiger Schlacke aufgeschmolzen, die gemeinsam mit dem Vergasungsgas oder getrennt den Vergasungsraum verlässt und anschließend gekühlt wird. Eine solche Vorrichtung geht aus DE 197 181 31 A1 hervor. Eine ausführliche Beschreibung eines solchen mit einem Kühlschirm ausgerüsteten Vergasungsreaktors findet sich in J. Carl u. a. „NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN; EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GmbH 1996. Die darin beschriebene direkte Kühlung des > 1300°C heißen Vergasungsgases durch das Einspritzen von Wasser, sogenannte Quenchung, erhöht den Wasserdampfgehalt des Rohgases.
Bei der Vergasung mit Vollquench wird das aus dem Vergaser tretende heiße Rohgas durch die überschüssige Zugabe von Wasser auf seine Sättigungstemperatur gequencht.
Die Bereitstellung des Quenchwassers erfolgt dabei über einen Prozesswasserkreislauf. Diesem wird durch die Sättigung des Rohgases beim Quenchvorgang und durch Ausschleusung von Kreislaufwasser zur Minderung von Aufkonzentrierungen Wasser entzogen. Zur Aufrechterhaltung des Prozesswasserkreislaufes muss dieser kontinuierlich nachgespeist werden.
Die Temperatur des Quenchwassers beeinflusst u. a. das sich im Rohgas einstellende Dampf/Gasverhältnis D/G.
Bei Vergasungsanlagen mit nachgeschalteter Rohgasshift ist ein hohes D/G-Verhältnis anzustreben, da sich dies positiv auf die Wärmebilanz der Rohgasshift auswirkt.
Die Nachspeisung des Prozesswasserkreislaufes erfolgt durch Zugabe von deionisiertem Wasser über die Rußwasseranlage (siehe 1, Strom 6) und Gaskondensat aus einer nachgeschalteten Gaskühlung (siehe 1, Strom 1). Die zugeführten Wässer müssen, um zu starke Aufkonzentrierungen im Kreislauf, insbesondere durch Härtebildner, zu vermeiden, gewisse Qualitätsanforderungen erfüllen.
Aus der DE 3537493 A1 ist es für eine Druckvergasung bekannt, den Prozesswasserkreislauf aus der Gaswäsche nachzuspeisen, die wiederum mit Frischwasser und weiterem Prozesskondensat gespeist wird.
Aus der WO 92/14801 A1 ist es ganz allgemein für ein Heizkraftwerk bekannt, das bei der Trocknung des Brennstoffs gebildete Brüdenkondensat zu dessen Wasserversorgung einzusetzen mit der Zielsetzung einer vollständigen energetischen Verwertung des Brüdens.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Quenchung in einer Vergasungseinrichtung anzugeben, das zum Einen den für eine gegebene Quenchwasservorwärmung erforderlichen Energieaufwand und zum Anderen die Menge des zur Nachspeisung erforderlichen DI-Wassers sowie den mit dessen Generierung verbundenen Aufwand reduziert.
Das Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Substitution von DI-Wasser durch heiße Prozesskondensate wirkt sich entweder direkt auf die Quenchwassertemperatur und somit auf das D/G-Verhältnis, oder indirekt auf die zur Quenchwasservorwärmung notwendige Energie aus.
Die Nachspeisung der Prozesswasserkreisläufe mit Prozesskondensaten (siehe 1, Strom 5) führt zu einer deutlichen Reduzierung des DI-Wasserbedarfs für die Vergasung mit Vollquench und somit zu Einsparungen bei der DI-Wasseraufbereitung und der Prozesskondensatbehandlung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Vergasungseinrichtung mit Vollquench und Einbindung von Prozesskondensaten in den Prozesswasserkreislauf,
2 eine Trocknungseinrichtung für Kohlestaub mit Gewinnung von Prozesskondensat.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Die in 1 dargestellte Vergasungseinrichtung weist einen Flugstromvergaser 12 auf, dem kopfseitig fester oder flüssiger Brennstoff 2, insbesondere fein aufgemahlene Kohle, die durch ein nicht dargestelltes Einspeisesystem auf den Arbeitsdruck des Flugstromvergasers angehoben ist, sowie Sauerstoff 3 als Oxydationsmittel und Brenngas 4 zum Starten des Flugstromvergasers über einen Brenner zugeführt sind. Der Brennstoff wird im oberen Teil des Flugstromvergasers in einer unterstöchiometrischen Flammenreaktion zu einem heißen Vergasungsgas verbrannt, das in einen im unteren Teil des Flugstromvergasers angeordneten Quenchraum eintritt. In dem Quenchraum wird durch Zugabe von Wasser im Überschuss ein reich an wasserstoff- und kohlenmonoxydhaltiges Rohgas generiert, das mit Wasserdampf gesättigt ist. Das in einer Gaskühlung 13 weiter abgekühlte Rohgas 7 wird einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Die im Prozess anfallende Schlacke wird im unteren Teil des Flugstromvergasers ausgeschleust und über eine Schlackeentsorgungseinrichtung 14 als Schlacke 11 entsorgt. Der Schlackeentsorgungseinrichtung 14 wird über eine Rußwassereinrichtung Wasser zu- und abgeführt. Die Rußwassereinrichtung weist einen Rußwasserkreislauf-Wassertank 15 auf, aus dem die Schlackeentsorgungseinrichtung gespeist wird. Das von der Schlackeentsorgungseinrichtung 14 abgegebene Rußwasser gelangt über ein Ablagerungsbecken 16 und eine Filterpresse 17 in den Rußwasserkreislauf-Wassertank 15. Der in der Filterpresse 17 gewonnene Schlamm 10 wird einer Entsorgung zugeführt. Das Ablagerungsbecken 16 gibt Rußwasser an einen Abwassertank 18 ab, aus dem Abwasser 9 einer Entsorgung zugeführt wird, aber auch eine Speisung des Rußwasserkreislauf-Wassertanks erfolgt.
Das Quenchwasser in dem Flugstromvergaser wird über Quenchwasserdüsen zugeführt, die über eine Quenchwasserpumpe 20 aus einem Quenchwasserbehälter 19 gespeist werden. Die Nachspeisung des Quenchwasserbehälters 19 erfolgt über das Kondensat 1 aus der Gaskühlung 13. Eine weitere Nachspeisung des Quenchwasserbehälters erfolgt aus dem Rußwasserkreislauf-Wassertank über eine Kreislaufwasser-Pumpe 21 und eine Kreislaufwasser-Aufheizung 22. Die Nachspeisung des Prozesswasserkreislaufs erfolgt durch Zuführung 6.2 von DI-Wasser in den Rußwasserkreislauf-Wassertank 15.
Der in 2 dargestellten Trocknungseinrichtung für Brennstoff wird eingangsseitig Brennstoff 2' zugeführt, dessen Feuchtegehalt über dem für die Vergasung erforderlichen Wert liegt. In der Trocknungseinrichtung wird dem Brennstoff soviel Feuchte entzogen, bis er den für die Vergasung erforderlichen Wert aufweist. Aus der dem Brennstoff entzogenen Feuchtigkeit werden Brüdenkondensate gewonnen. Brüdenkondensate mit einer Temperatur von > 70°C werden über einen Pufferbehälter 25 direkt dem Quenchwasserbehälter 19 zugeführt. Brüdenwasserkondensate mit einer Temperatur von < 70°C werden über einen Pufferbehälter 26 dem Kreislaufwassertank 15 zugeführt.
Erfindungsgemäß kann also dem Prozesswasserkreislauf zugeführtes DI-Wasser durch Prozesskondensate, die die qualitativen Anforderungen erfüllen und sonst einer Entsorgung zugeführt werden müssten, substituiert werden.
Ist dem Vergasungsprozess eine Brennstofftrocknung vorgeschaltet, können die zur Nachspeisung der Prozesswasserkreisläufe benötigten Demin-, Soft- oder ähnliche Ergänzungswässer durch die anfallenden Brüdenkondensate substituiert werden. Die Brüdenkondensate werden dazu in einem Pufferbehälter zwischengespeichert und dem Prozesswasserkreislauf zugeführt.
Die Zuführung der Prozesskondensate bis zu einer Temperatur von 70°C erfolgt in den Wassertank 15 der Rußwasseranlage (siehe 1, Strom 6.1), welcher den Quenchwasserbehälter und die Schlackeschleuse speist. Das Kreislaufwasser zum Quenchwasserbehälter wird auf den notwendigen Druck gebracht und zur Erhöhung der Quenchwassertemperatur vorgewärmt.
Prozesskondensate über 70°C werden über eine Pumpengruppe 23 direkt dem Quenchwasserbehälter zugeführt (siehe 1, Strom 5).

1: Gaskondensat
2: Kohle aus Einspeisesystem
3: Sauerstoff
4: Brenngas
5: Prozesskondensat > 70°C
6: DI-Wasser/Prozesskondensat < 70°C
7: Rohgas
8: Ventgas
9: Abwasser
10: Schlamm
11: Schlacke
12: Flugstromvergaser
13: Gaswäsche und -kühlung
14: Schlackeentsorgungseinrichtung
15: Rußwasserkreislauf-Wassertank
16: Ablagerungsbecken
17: Filterpresse
18: Abwassertank
19: Quenchwasserbehälter
20: Quenchwasserpumpe
21: Kreislaufwasser-Pumpe
22: Kreislaufwasser-Aufheizung
23: Pumpengruppe
24: Trocknungseinrichtung für Brennstoff
25: Pufferbehälter > 70 Grad Celsius
26: Pufferbehälter < 70 Grad Celsius

Claims

Verfahren zum Quenchen in einer Vergasungseinrichtung demzufolge – in der Vergasungseinrichtung, die eine Quencheinrichtung aufweist, feste oder flüssige Brennstoffe zu einem reich an wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigen Rohgas vergast werden, – die Quencheinrichtung über einen Prozesswasserkreislauf aus einem Quenchwasserbehälter (19) mit Quenchwasser gespeist wird, – der Prozesswasserkreislauf mit Wasser (6.2) nachgespeist wird, – die zur Nachspeisung notwendige Menge an Wasser zum Teil durch ein Prozesskondensat geliefert wird, – Prozesskondensat mit einer Temperatur bis zu 70°C dem Wassertank des Rußwasserkreislaufs (15) zugeführt wird und der Quenchwasserbehälter mit dem Medium aus dem Wassertank des Rußwasserkreislaufs gespeist wird, – Prozesskondensat über 70°C dem Quenchwasserbehälter direkt zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskondensat zur Zuführung in den Quenchwasserbehälter auf dessen Druck angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Medium auf den Druck des Quenchwasserbehälters gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Medium vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskondensat durch das gewonnene Brüdenkondensat einer der Vergasungseinrichtung vorgeschalteten Brennstofftrocknungseinrichtung gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofftrocknungseinrichtung durch eine Kohletrocknungseinrichtung gegeben ist.