DE102009030717A1

DE102009030717A1 - Quenchwasserbehandlung

Info

Publication number: DE102009030717A1
Application number: DE200910030717
Authority: DE
Inventors: Norbert Fischer; Friedemann Mehlhose; Manfred Dr. Schingnitz; Peter Taffelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entspannung gas- und staubbeladener Quenchwässer aus der Staubdruckvergasung. Durch direkte Kühlung der Quenchwässer vor der Entspannung werden die Strömungsgeschwindigkeiten so begrenzt, dass kein oder nur verminderter Verschleiß in den Entspannungsvorrichtungen auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kreislaufführung von Prozesswässern in der Staubdruckvergasung.
In der Flugstromvergasung aschehaltiger Kohlenstoffträger mit freiem Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel werden solche Vergasungstemperaturen gewählt, bei denen die Aschebestandteile in flüssiger Form separat oder gemeinsam mit dem heißen Vergasungsgas aus einem Reaktionsraum in ein direkt oder indirekt wirkendes Kühlsystem eingetragen werden. Zur Erreichung dieses Zustandes sind Vergasungstemperaturen zwischen 1.200°C und 1.800°C erforderlich, wobei der Vorgang drucklos oder bei Drücken bis 10 MPa (100 bar) ablaufen kann und das Quenchwasser Temperaturen bis 250°C erreicht.
Bei der direkten Kühlung wird in einem dem Reaktionsraum nachgeordneten Kühl- und Quenchraum Wasser im Überschuss eingedüst, das folgende Aufgaben erfüllt:

– Abkühlung des Gases bis zur Sättigung mit Wasserdampf, wobei beispielsweise bei einem Vergasungsdruck von 4 MPa (40 bar) die Rohgase bei ca. 210°C Wasserdampf-gesättigt sind,
– Abkühlung und Granulierung der Schlacke, so dass sie in festem Zustand aus dem Prozess ausgeschleust werden kann,
– Auswaschung von Feststoffpartikeln, die als Russ oder Feinstaschetröpfchen während der Vergasung entstehen.

Um den Wasserbedarf zu begrenzen und die Anlagen zur Reinigung von Prozessabwasser zu entlasten wird versucht, den größten Teil des aus dem Quenchraum abgezogenen Überschußwassers nach einer Partikelabscheidung wieder in den Kreislauf zurückzuführen und nur den Teil als Prozesswasser abzuführen, der notwendig ist, um mit der Kohle eingebrachte Salze wie beispielsweise Chloride aus dem Kreislauf abzuscheiden. Die Feststoffabscheidung geschieht in der Regel bei Umgebungsdruck arbeitenden Schwerkraftabscheidern, sogenannten Eindi ckern, wobei das Klarwasser wieder dem Quenchwasser zugeführt wird. Die Eindicker arbeiten bei Normaldruck, so dass eine vorherige Entspannung vom Vergasungsdruck von beispielsweise 4 MPa (40 bar) auf Umgebungsdruck erforderlich ist. Dieser Vorgang ist dargestellt in „Die Veredlung und Umwandlung von Kohle", Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V., Dez 2008, Hamburg, ISSN 0937-9762, S. 543. Der Nachteil dieser Technologie besteht darin, dass bei der Entspannung des ca. 210°C heißen Überschusswassers von 4 MPa (40 bar) auf Umgebungsdruck gelöste Gase und Wasserdampf entbunden werden und durch die hohen Geschwindigkeiten des aus dem Wasser, Dampf, Gas sowie Feststoff gebildeten 3-Phasensystems erhebliche bis unbeherrschbare Verschleißerscheinungen in den Entspannungsapparaten auftreten können.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Kreislaufführung von Prozesswässern in der Staubdruckvergasung derart weiterzubilden, dass der Verschleiß in den Entspannungsvorrichtungen vermieden, aber zumindest vermindert wird.
Das Problem wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung, die eine Vorkühlung des Überschusswassers mit sich bringt, macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass nur eine direkte Kühlung durch Zuführung von Kaltwasser zum angestrebten Ergebnis führt. Eine indirekte Kühlung ist nicht zielführend, da durch Feststoffabscheidung von Salzen, Carbonaten, Sulfaten und Feinpartikeln Verstopfungen auftreten und den Vorgang zum Erliegen bringen würde.
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 Kaltwasserzuführung in die Abführleitung für das Überschußwasser und
2 Kaltwasserzuführung in den Quenchersumpf.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
In einem Reaktionsraum 2 des Vergasungsreaktors 1 werden 90 Mg/h Steinkohle gemeinsam mit Sauerstoff und Wasserdampf bei Temperaturen von 1.550°C und 4 MPa (40 bar) vergast, wodurch 140.000 m³ i. N./h feuchtes Rohgas und 8,5 Mg/h flüssige Schlacke entstehen, die gemeinsam im Quenchraum 3 bis auf die Sättigungstemperatur von 222°C abgekühlt werden. Dazu werden im Quenchraum 235 Mg/h Wasser 4 verdüst, wobei 150 Mg/h verdampfen und damit das Rohgas bei 222°C sättigen und 85 Mg/h werden als Überschusswasser staubbeladen über die Leitung 5 zweistufig über die Entspannungsvorrichtungen 6 und 20 entspannt und in den Entspannungsbehältern 7 und 8 von den entspannten Gasen und dem gebildeten Wasserdampf 9 und 10 getrennt und über die Leitung 11 einer Feststoffabscheidung, beispielsweise einem Rundeindicker zugeführt. Der Klarlauf des Rundeindickers gelangt wieder als gereinigtes Überschusswasser in den Kreislauf zurück, wobei ein Teil gemeinsam mit anderen Wässern als Quenchwasser 4 direkt in den Quenchraum 3 gelangt und ein anderer Teil über die Leitung 15 einem Kühler 16 zugeführt und als Kaltwasser 17 dem heißen Überschusswasser in Leitung 5 aufgegeben wird. Dadurch wird das Überschusswasser in Leitung 5 vor der Entspannung von 222°C auf 150°C abgekühlt. Durch die stark verringerte Gas- und Dampfentbindung während der Entspannung in den Vorrichtungen 6 und 20 werden die Gasgeschwindigkeiten stark verringert und der Verschleiß verhindert, oder aber stark eingeschränkt. Als Entspannungsvorrichtungen 6 und 20 können Armaturen, Blenden, Drosseln oder Kombinationen davon eingesetzt werden.
In dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird das gereinigte Überschusswasser gleichfalls im Kühler 16 direkt gekühlt und über die Leitung 19 direkt dem Sumpf 18 des Quenchraums 3 oder über die Kreislaufleitung 21 zwischen der Schlackeschleuse 14 und dem Quenchersumpf 18 durch die Leitung 22 zugeführt. Unabhängig vom Zuführungsort des Kaltwassers wird die Kaltwassermenge durch Temperaturmengenregelung bestimmt. Das Kaltwasser kann weiterhin aus Kondensat der Schwaden aus den Leitungen 9 und 10 bereit gestellt werden.

1: Vergasungsreaktor
2: Reaktionsraum
3: Quenchraum
4: Quenchwasserzuführung
5: Leitung des Überschusswasseres
6: Entspannungsvorrichtung
7: Entspannungsbehälter 1
8: Entspannungsbehälter 2
9: Schwadenleitung 1
10: Schwadenleitung 2
11: Entspanntes Überschusswasser zur Feststoffabscheidung
12: Schlackebrecher
13: Schlackesammelgefäß
14: Schlackeschleuse
15: Gereinigtes Überschusswasser
16: Kühler
17: Kaltwasserleitung zu Leitung 5 für Überschusswasser
18: Sumpf des Quencherraumes 3
19: Kaltwasserleitung zum Sumpf des Quenchraumes 3
20: Entspannungsvorrichtung 2
21: Kreislaufleitung zwischen Schlackeschleuse 14 und Quenchersumpf 18
22: Kaltwasserleitung zu Kreislaufleitung 21

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Die Veredlung und Umwandlung von Kohle”, Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V., Dez 2008, Hamburg, ISSN 0937-9762, S. 543 [0004]

Claims

Verfahren zur Entspannung gasgesättigten und staubbeladenen Quenchwassers der Flugstromvergasung bei Temperaturen des Quenchwassers von 160–250°C und Drücken zwischen 2 MPa und 10 MPa (20 und 100 bar), dadurch gekennzeichnet, dass das Quenchwasser vor der Entspannung durch Zugabe von Kaltwasser gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Kaltwasser entspanntes, von Feststoffpartikels befreites Quenchwasser benutzt wird, das indirekt gekühlt (16) wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Quenchwasser vor der Entspannung mindestens um 10°C abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung des gekühlten Quenchwassers mehrstufig (6, 20) erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwasser der Leitung des heißen Quenchwassers vor der Entspannungsvorrichtung zugeführt wird (17, 22).
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwasser direkt in den Sumpf des Quenchraumes zugeführt wird (19).
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwasser über eine Kreislaufleitung zwischen der Schlackeschleuse (14) und dem Sumpf des Quenchraumes (18) zugeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kaltwassers nach Maßgabe der Temperatur des Quenchwassers geregelt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 biss 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwasser aus den Schwaden der Entspannungsbehälter (9, 10) bereit gestellt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass als Entspannungsvorrichtung (6, 20) Armaturen, Blenden, Drosseln oder Kombination von ihnen eingesetzt werden.