DE102009039749A1 - Process for the production of synthesis gas - Google Patents

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Abstract

Mit einem Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa soll die, durch die Herstellung des Synthesegases anfallende Enthalpie für die Erzeugung von Dampf, insbesondere Hochdruckdampf, benutzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das den Vergaseraustritt verlassende Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestalteten Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Synthesegas auf eine Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.With a process for the production of synthesis gas by gasifying ash-containing fuel with oxygen-containing gas at temperatures above the melting temperature of the ash and a pressure of 0.3 to 8 MPa, the enthalpy resulting from the production of the synthesis gas for the generation of steam, especially high-pressure steam , to be used. This is achieved in that the media mixture leaving the gasifier outlet flows downwards in the direction of gravity through an area designed as a waste heat boiler inside the pressure vessel, the synthesis gas being cooled to an outlet temperature of 200 ° C to 400 ° C.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa.The invention is directed to a process for the production of synthesis gas by gasification of ash-containing fuel with oxygen-containing gas at temperatures above the melting temperature of the ash and a pressure of 0.3 to 8 MPa.

Derartige Vergasungsverfahren und entsprechende Reaktoren sind in unterschiedlichen Bauweisen bekannt, lediglich als Beispiel sei hier auf die WO 2009/036985 A1 der Anmelderin verwiesen.Such gasification processes and corresponding reactors are known in different designs, only as an example here on the WO 2009/036985 A1 referred to the applicant.

Bei der Vergasung deratiger kohlenstoffhaltiger Brennstoffe kommen beispielsweise Kohlen, Koks, Petrolkoks, Biomasse oder dergleichen zum Einsatz, wobei hier die Flugstromvergasung vorgesehen sein kann, mit Trockeneinspeisen des Vergaserfeeds zur Erzeugung von Kraftstoffen, Chemierohstoffen aber auch zur Erzeugung von Energie.In the gasification of deratiger carbonaceous fuels such as coal, coke, petroleum coke, biomass or the like are used, here the entrained flow gasification can be provided with Trockeneinspeisen the carburetor feed for the production of fuels, chemical raw materials but also for the production of energy.

Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, die durch die Herstellung des Synthesegases anfallenden Enthalpie für die Erzeugung von Dampf, insbesondere Hochdruckdampf zu benutzen.This is where the invention begins, the object of which is to use the enthalpy produced by the production of the synthesis gas for the production of steam, in particular high-pressure steam.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass das den Vergaseraustritt verlassene Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestaltenden Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Synthesegas auf eine Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.This object is achieved by a method of the type described above in that the leaving the carburetor leaving media mixture within the pressure vessel designed as a waste heat boiler area flows in the direction of gravity down, the synthesis gas is cooled to an outlet temperature of 200 ° C to 400 ° C.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist es möglich durch den dem Flugstromvergaser nachgeschalteten Abhitzekesselbereich, die im Mediengemisch enthaltene Wärme und Enthalpie zu nutzen, um Dampf oder ein Wasserdampfgemisch zu erzeugen, das einer weiteren Verwendung zuführbar ist. Mit dem Ausdruck ”Mediengemisch” ist insbesondere das Synthesegas und die weiteren Bestandteile, wie z. B. die Schlacke und dergleichen gemeint.By means of the procedure according to the invention, it is possible to utilize the heat and enthalpy contained in the media mixture by means of the waste-heat boiler area connected downstream of the entrained-flow gasifier in order to produce steam or a steam mixture which can be fed to a further use. With the term "media mixture" in particular the synthesis gas and the other ingredients, such as. For example, the slag and the like are meant.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Mediengemisch (Synthesegas) nach dem Vergaseraustritt und vor dem Eintritt in den Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird. In einem solchen Fall kann das heiße Rohsynthesegas von der Vergasertemperatur von ca. 1300°C bis 1600°C durch einen Wasserquench auf ca. 900°C abgekühlt werden, wobei das Mediengemisch dann innerhalb des Abhitzekesselbereiches auf eine Temperatur von 300°C bis 400°C abkühlbar ist.Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, it can be provided in particular that the media mixture (synthesis gas) is acted upon by the gas outlet and before entering the waste heat boiler area of a water quench. In such a case, the hot raw synthesis gas can be cooled from the carburetor temperature of about 1300 ° C to 1600 ° C by a water quench to about 900 ° C, wherein the media mixture then within the waste heat boiler range to a temperature of 300 ° C to 400 ° C is coolable.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass das Mediengemisch (Synthesegas) hinter dem Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt ist. Hier wird das heiße Synthesegas im Abhitzekesselbereich von ca. 1300°C bis 1600°C auf 800°C bis 900°C entsprechend abgekühlt und anschließend durch einen Wasserquench auf 200°C bis 300°C weiter abgekühlt.A modified embodiment of the invention is that the media mixture (synthesis gas) behind the waste heat boiler area is acted upon by a water quench. Here, the hot synthesis gas is cooled in the waste heat boiler range of about 1300 ° C to 1600 ° C to 800 ° C to 900 ° C and then further cooled by a water quench at 200 ° C to 300 ° C.

Zur Lösung der eingangsformulierten Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas vor, die sich dadurch auszeichnet, dass hinter dem Vergaser im Druckbehälter eine im Abhitzekesselbereich bildende Strahlungskesselwand aus Kesselspeisewasser durchströmten Rohren vorgesehen ist.To solve the above-described problem, the invention also provides an apparatus for the production of synthesis gas, which is characterized in that behind the carburetor in the pressure vessel a forming in the waste heat boiler area radiation boiler wall from boiler feed water flowed through pipes is provided.

In Ausgestaltung einer derartigen Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass die Kesselstrahlungswand Kesselspeisewasser durchströmte, in das Reaktorinnere ragende Schotten aufweist.In an embodiment of such a device can also be provided that the boiler radiation wall flowed through boiler feed water, having projecting into the interior of the reactor bulkheads.

Durch die Quenchung von 1300°C bis 1600°C hinunter auf 900°C werden die glutflüssigen Aschepartikel verfestigt, so dass in dem nachgeschalteten Abhitzekessel die Dampferzeugung ohne feste unlösbare Anbackungen ermöglicht wird, da der dann fest vorliegende Flugstaub entweder nicht an den Wärmetauscherflächen anhaftet oder leicht über Klopfer oder Rußbläser abgereinigt werden kann.By quenching from 1300 ° C to 1600 ° C down to 900 ° C, the glutinous ash particles are solidified, so that in the downstream heat recovery steam generator without fixed insoluble caking is possible because the solid dust present then either does not adhere to the heat exchanger surfaces or can be easily cleaned by knocker or sootblower.

Wie schon oben ausgeführt, wird in dem Abhitzekesselbereich, der aus einer Strahlungskesselwand und aus in den Gasstrom ragenden Schotten (beide in Rohr-Steg-Rohr-Ausführung) gebildet ist, wobei die Schotten nur etwa bis zu einem Drittel in den Kessel hineinragen, das Synthesegas nach der Wasserquenchung von ca. 900°C auf unter 400°C abgekühlt, wobei mit dieser Enthalpie Dampf, in Kraftwerksprozess bevorzugt Hochdruckdampf, bei einer Synthesegasherstellung bevorzugt Mitteldruckdampf, erzeugt wird. Das nach der Wasserquenchung mit folgender Abkühlung mit Dampf beladene, teilgesättige Synthesegas wird dann aus dem Abhitzekessel weiteren Behandlungsschritten zugeführt.As already stated above, in the waste-heat boiler zone, which consists of a radiation boiler wall and bulkheads projecting into the gas flow (both in pipe-web-pipe design), the bulkheads projecting into the boiler only up to one third Synthesis gas after quenching of water from about 900 ° C to below 400 ° C cooled, with this enthalpy steam, in power plant process preferably high pressure steam, in a syngas production preferably medium-pressure steam, is generated. The after-water quenching with the following cooling with steam laden, partially saturated synthesis gas is then supplied from the waste heat boiler further treatment steps.

Alternativ ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, bei der vor und/oder nach der Kesselstrahlungswand in Strömungsrichtung der Medien ein Wasserquench vorgesehen ist, wobei, wie oben schon angegeben, erfindungsgemäß die entsprechenden Wandflächen und die Schotten von einer Rohr-Steg-Rohrkonstruktion gebildet sind, darüber hinaus können, wie ebenfalls oben schon angegeben, Klopfer und/oder Rußbläser zur Abreinigung der jeweiligen Wandflächen vorgesehen sein.Alternatively, a device according to the invention is provided, in which before and / or after the boiler radiation wall in the flow direction of the media a water quench is provided, wherein, as already stated above, according to the invention, the corresponding wall surfaces and the bulkheads are formed by a pipe-web pipe construction, above In addition, as already stated above, knockers and / or sootblowers can be provided for cleaning off the respective wall surfaces.

Wird der Wasserquench, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, erst hinter dem Abhitzekesselbereich positioniert, wird auch hier das Synthesegas mit Wasserdampf teilweise aufgesättigt, wobei der Strahlungskessel in Strömungsrichtung unterhalb des Vergasers erfindungsgemäß so dimensioniert ist, dass das heiße Synthesegas vorwiegend über Strahlungswärmeabgabe gekühlt wird und der Strahlungskessel ebenfalls aus einer in dem Druckbehälter befindlichen Strahlungskesselwand mit in den Gasstrom ragenden Schotten besteht.If the water quench, as the invention also provides, is positioned only behind the waste heat boiler area, the synthesis gas is also partially saturated with water vapor, with the radiation boiler in the flow direction is dimensioned according to the invention below the carburetor so that the hot synthesis gas is mainly cooled by radiant heat and the radiation boiler also consists of a located in the pressure vessel radiation boiler wall projecting into the gas flow bulkheads.

Erkennbar können die beiden erfindungsgemäßen Varianten sowohl das entsprechende Verfahren, wie die entsprechende Vorrichtung, zur Optimierung der Vergasung für Kraftwerksprozesse eingesetzt werden, wobei auch eine möglichst effiziente Rohstoffnutzung bei der Herstellung von Synthesegasen, wie CO oder H2 für die chemische Industrie und die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder synthetisches Erdgases und für Anlagen zur kombinierten Erzeugung von Strom und Herstellung von Chemikalien (Polygeneration) eingesetzt werden können.The two variants according to the invention can be used both for the corresponding method and the corresponding device for optimizing the gasification for power plant processes, whereby the most efficient use of raw materials in the production of synthesis gases, such as CO or H 2 for the chemical industry and the production of synthetic Fuels or synthetic natural gas and for plants for the combined generation of electricity and production of chemicals (polygeneration) can be used.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung, diese zeigt in denOther features, objects and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the drawing, which shows in the

1 und 2 zwei vereinfacht dargestellte Varianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 and 2 two simplified illustrated variants of a device according to the invention.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist einen Druckbehälter 2 auf, mit dem durch eine Membranwand 3 auf Abstand zum Druckbehälter 2 ein Reaktionsraum 4 vorgesehen ist. Mit 5 ist der ringförmige Dampfsammler der Membranwand 5 bezeichnet, worauf es hier nicht näher ankommt.The generally with 1 designated device has a pressure vessel 2 on, with that through a membrane wall 3 at a distance to the pressure vessel 2 a reaction space 4. is provided. With 5 is the annular vapor collector of the membrane wall 5 referred to what is not important here.

Der Reaktionsraum 4 geht unten in einen Konus 6 über, in dessen Auslaufbereich ein Wasserquench 7 vorgesehen ist. Seitlich an 1 ist dieser Vergaserbereich mit einem Doppelpfeil ”A” bezeichnet. Anschließend an den mit ”B” bezeichneten Quenchbereich schließt sich ein Abhitzekesselbereich ”C” an.The reaction space 4. goes down into a cone 6 over, in whose outlet area a water quench 7 is provided. Laterally 1 this carburetor area is indicated by a double arrow "A". Subsequent to the quench area designated "B", a waste heat boiler zone "C" follows.

Der Abhitzekesselbereich C ist als Strahlungskessel 8 gestaltet, der nach innen weisende Schotten 9 aufweist, die ebenso wie die Wand des Strahlungskessels 8 von Kesselspeisewasser 10 durchflossen sind. Der Dampf bzw. Wasserdampfaustritt ist mit 11 bezeichnet.The waste heat boiler area C is as a radiation boiler 8th designed, the inward facing Scots 9 that just like the wall of the radiation boiler 8th of boiler feed water 10 are flowing through. The steam or water vapor outlet is with 11 designated.

Am unteren Ende ist ein Schlackesammelbehälter 12 vorgesehen innerhalb eines Wasserbades 13. Der Synthesegasaustritt ist mit 14 bezeichnet.At the bottom is a slag storage tank 12 provided within a water bath 13 , The synthesis gas outlet is with 14 designated.

Zusätzlich sind in 1 noch Temperaturbereiche angegeben, für den Reaktionsraum 4 liegen diese bei 1300°C bis 1600°C, hinter dem Konusaustritt 6 und dem Wasserquench 7, etwa bei 900°C, wobei die Temperatur im Bereich des Schlackesammelbehälters 12 bzw. des Wasserbades 13 etwa bei 300°C bis 400°C liegt. Der Synthesegasaustritt weist somit ebenfalls eine Temperatur in diesem Bereich auf, d. h. zwischen 300°C und 400°C.Additionally are in 1 still specified temperature ranges for the reaction space 4. These are at 1300 ° C to 1600 ° C, behind the cone exit 6 and the water quench 7 at about 900 ° C, the temperature in the region of the slag collecting tank 12 or the water bath 13 is about 300 ° C to 400 ° C. The synthesis gas outlet thus also has a temperature in this range, ie between 300 ° C and 400 ° C.

Erkennbar kann die Gesamtenthalpie des den Reaktor 2 durchströmten Mediums, zu großen Teilen an den Abhitzekesselbereich C bzw. an die entsprechende Wand 8 und die Schotten 9 abgegeben werden, wobei diese Bereiche als Rohr-Steg-Rohrkonstruktion ausgebildet sind.The total enthalpy of the reactor can be recognized 2 flowed through medium, to a large extent to the waste heat boiler area C or to the corresponding wall 8th and the Scots 9 are discharged, these areas are designed as a pipe-web pipe construction.

In 2 sind die funktional gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei die Vorrichtung allgemein mit 1a bezeichnet ist, um den geringfügigen konstruktiven Unterschied zur Ausgestaltung der 1 kenntlich zu machen.In 2 are the functionally identical parts with the same reference numerals, the device is generally with 1a is designated to the minor constructive difference to the embodiment of 1 to identify.

Im Unterschied zur Konstruktion nach 1 ist hier der Wasserquench 7a unterhalb des Abhitzekesselbereiches C' angeordnet, so dass sich auch hier der Wasserquenchbereich mit B' bezeichnet anschließt.Unlike the construction after 1 here is the water quench 7a arranged below the waste heat boiler region C ', so that here also the water quenching region B' connects.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern ohne den Grundgedanken zu verlassen, insbesondere was die Führung der in Schwerkraftrichtung von oben nach unten strömenden Medien innerhalb des Reaktors 2 angeht und dergleichen näher.Of course, the described embodiments of the invention are to be modified in many ways without departing from the spirit, in particular as regards the guidance of the flowing in the direction of gravity from top to bottom media within the reactor 2 and closer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2009/036985 A1 [0002] WO 2009/036985 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa, dadurch gekennzeichnet, dass das den Vergaseraustritt verlassende Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestalteten Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Synthesegas auf eine Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.A process for the production of synthesis gas by gasification of ash-containing fuel with oxygen-containing gas at temperatures above the melting temperature of the ashes and a pressure of 0.3 to 8 MPa, characterized in that the gas mixture leaving the media mixture within the pressure vessel designed as a waste heat boiler area in the direction of gravity flows through the bottom, wherein the synthesis gas is cooled to an outlet temperature of 200 ° C to 400 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mediengemisch nach dem Vergaseraustritt und vor dem Eintritt in den Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird.A method according to claim 1, characterized in that the mixture of media after the carburetor outlet and before entering the waste heat boiler area is acted upon by a water quench. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mediengemisch hinter dem Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird.A method according to claim 1, characterized in that the media mixture behind the waste heat boiler area is acted upon by a water quench. Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Vergaser (4) im Druckbehälter (2) eine einen Abhitzekesselbereich (C') bildende Strahlungskesselwand (8) aus Kesselspeisewasser durchströmten Rohren vorgesehen ist.Apparatus for the production of synthesis gas by gasification of ash-containing fuel with oxygen-containing gas at temperatures above the melting temperature of the ash and a pressure of 0.3 to 8 MPa, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that behind the gasifier ( 4. ) in the pressure vessel ( 2 ) a radiation boiler wall forming a waste-heat boiler area (C ') ( 8th ) is provided from boiler feed water flowed through pipes. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselstrahlungswand (8) Kesselspeisewasser durchströmte, in das Reaktorinnere ragende Schotten (9) aufweist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the boiler radiation wall ( 8th ) Boiler feed water flowed through, in the interior of the reactor protruding bulkheads ( 9 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der Kesselstrahlungswand (8) in Strömungsrichtung der Medien ein Wasserquench (7, 7') vorgesehen ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that before and / or after the boiler radiation wall ( 8th ) in the flow direction of the media, a water quench ( 7 . 7 ' ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungskesselwand (8) und die Schotten (9) aus einer vom Kesselspeisewasser durchströmten Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion gebildet sind.Apparatus according to claim 4 or one of the following, characterized in that the radiation boiler wall ( 8th ) and the Scots ( 9 ) are formed from a flowing through the boiler feed water pipe-web-tube construction. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass im Abhitzekesselbereich (C) Klopfer und/oder Rußbläser zur Abreinigung der Strahlungskesselwand (8) vorgesehen sind.Apparatus according to claim 4 or one of the following, characterized in that in the waste heat boiler area (C) knocker and / or Rußbläser for cleaning the radiation boiler wall ( 8th ) are provided.
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