DE102012108878A1

DE102012108878A1 - Verfahren zur Behandlung eines Rohsynthesegases und eines Gaskondensats

Info

Publication number: DE102012108878A1
Application number: DE102012108878.0A
Authority: DE
Inventors: Henrik Timmermann; Frederic Judas; Volker Deisinger
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-03-20
Also published as: WO2014044500A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung eines Rohsynthesegases aus der Druckvergasung von Kohle, wobei das Gas zunächst durch direkte Kühlung in einem Waschkühler, dann durch indirekte Kühlung in einem Abhitzekessel und daran anschließend in mindestens einem weiteren Kühler indirekt gekühlt und das dabei gebildete Gaskondensat, vom Gas abgetrennt und, auf eine Temperatur unterhalb 100°C abgekühlt und auf atmosphärischen Druck entspannt und einer Abscheidung von Schwebstoffen unterzogen wird und wobei ein Teil des von Schwebstoffen befreiten Gaskondensat in den Waschkühler zurückgeführt wird, wobei das zurückgeführte Gaskondensat, bevor es in den Waschkühler eingeführt wird, durch indirekten Wärmeaustausch von dem im Waschkühler und Abhitzekessel und/oder den weiteren Kondensationsstufen erzeugten Gaskondensat erwärmt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Behandlung eines Rohsynthesegases und eines Gaskondensats aus der unter erhöhtem Druck und bei erhöhten Temperaturen mit Sauerstoff und Wasserdampf durchgeführten Vergasung von kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, wobei das Rohsynthesegas zunächst in einem mit Gaskondensat als Wasch- und Kühlmedium betriebenem Waschkühler, dann in einem Abhitzekessel und dann in mindestens einem weiteren Kühler behandelt wird, wobei das im Waschkühler verwendete Gaskondensat über den Abhitzekessel im Kreis gefahren wird, wobei aus diesem Kreislauf ein Abschlämmstrom ausgeschleust und ebenso wie das in dem mindestens einem weiteren Kühler gebildete Gaskondensat in einen Teerscheider geleitet wird und wobei ein Teil des im Teerscheider behandelten Gaskondensats als make up-Strom in den Gaskondensatkreislauf des Waschkühlers zurückgeführt wird.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Patentschrift DE 25 42 055 C3 bekannt. Es wird nachfolgend in seinen Grundzügen nachfolgend beschrieben.
Das Rohgas, genauer ein Wasserstoff und Kohlenoxide umfassendes Rohsynthesegas aus der Festbettkohlevergasung, wird nach Verlassen des Druckvergasers direkt in den Waschkühler eingeleitet. Dieser wird mit im Kreislauf geführtem Gaskondensat als Wasch- und Kühlmedium betrieben. Das Rohsynthesegas wird hier gewaschen, gekühlt und befeuchtet. Anschließend wird das Rohsynthesegas in den sogenannten Abhitzekessel geleitet. Hier wird es durch indirekten Wärmeaustausch weiter gekühlt, wobei Feuchtigkeit und andere kondensierbare Stoffe auskondensiert werden. Im Anschluss an den Abhitzekessel wird das Rohsynthesegas in mindestens einem weiteren Wärmeaustauscher weiter gekühlt, bevor es weiteren Gasreinigungsstufen übergeben wird, die hier nicht weiter betrachtet werden.
Das im Waschkühler, Abhitzekessel und den weiteren Wärmetauschern gebildete Kondensat wird im Folgenden als Gaskondensat bezeichnet. Das im Waschkühler verwendete Gaskondensat wird über den Abhitzekessel im Kreis gefahren. Aus diesem Kreislauf wird ein Abschlämmstrom ausgeschleust, der ebenso wie das in den weiteren Wärmetauschern gebildeten Gaskondensat in einen Teerscheider gegeben wird. Aus dem Teerscheider wird ein gereinigter make up-Strom in den Kreislauf des Waschkühlers zurückgespeist.
Da der Teerscheider bei atmosphärischem Druck betrieben wird, wird das Gaskondensat vor der Einleitung auf eine Temperatur von unter 100°C, in der Regel auf 80°C abgekühlt und vom aus der Druckvergasung vorgegebenen Druck auf atmosphärischen Druck entspannt. Ein Betriebstemperatur von 80°C hat sich als geeignet erwiesen, denn oberhalb 80°C würde bei der Entspannung des Gaskondensats unnötig viel Dampf erzeugt werden. Unterhalb 80°C ist die Abscheidung im Teerscheider erschwert, da die Dichteunterschiede zwischen den Bestandteilen des Gaskondensats sich mit abnehmender Temperatur verringern.
Die aus dieser Betriebsweise folgende Temperatur des make up-Stroms von ebenfalls 80°C führt aber ungünstigerweise zu einer nicht erwünschten Abkühlung des Gaskondensat-Kreislaufs des Waschkühlers. Die erniedrigte Temperatur führt dazu, dass das Gas weniger Feuchte aufnimmt. Dadurch wird im Abhitzekessel weniger Kondensat gebildet, das durch einen Wascheffekt der Verschmutzung der Wärmetauscherflächen des Abhitzekessels entgegen wirkt. Außerdem wird durch die niedrigere Temperatur des Gases und den geringeren Kondensatanfall weniger Wärme im Abhitzekessel übertragen, also die Wärmeübertragungskapazität des Abhitzekessels schlechter ausgenutzt.
Ein weiteres Problem des Verfahrens gemäß des Standes der Technik besteht darin, dass die Wärme, die dem Gaskondensat vor der Einleitung in den Teerscheider entzogen werden muss, im Verfahren selbst und auch in den vor- und nachgeschalteten Verfahren und Anlagen nicht weiter verwendet werden kann. Die Wärme muss daher als Verlustwärme, z.B. mittels eines Kühlturms, an die Umgebung abgegeben werden. Dieser Wärmeverlust soll darum so gering wie möglich gehalten werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die oben beschriebene Probleme auf wirtschaftliche Weise löst.
Beschreibung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Temperatur des Gaskondensats, das als Wasch-, Kühl- und Befeuchtungsmedium im Waschkühler verwendet wird, wird eine geringere Abkühlung des Rohsynthesegases im Waschkühler und eine höhere Feuchteaufnahme des Rohsynthesegases im Waschkühler erreicht. Die erhöhte Feuchtigkeit des Rohsynthesegases führt zu einem verbesserten Wascheffekt im Abhitzekessel und durch vermehrte Kondensation zu höherer Wärmeübertragung im Abhitzekessel. Außerdem führt auch die höhere Temperatur des Rohsynthesegases durch die damit verbundene höhere Temperaturdifferenz zum als Kühlmedium verwendeten Kesselspeisewasser zu einer erhöhten Wärmeübertragung und damit zu einer erhöhten Umwandlung von Kesselspeisewasser in Niederdruckdampf.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Wärmeaustausch ausschließlich zwischen dem Abschlämmstrom und dem make up-Strom durchgeführt wird. Da die Gaskondensatmenge, die in dem oder den dem Abhitzekessel nachgeschalteten Kühlern entsteht, nicht sehr groß ist, lohnt es in manchen Fällen nicht, diese Gaskondensatmenge über einen Wärmetauscher zu leiten. Der zusätzliche Aufwand für die Führung der entsprechenden Stoffströme ist im Hinblick auf die rückgewinnbare Energiemenge dann nicht gerechtfertigt. Es wird folglich ein konzeptionell einfaches Verfahren mit befriedigender Energierückgewinnung erhalten.
Bevorzugt erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Abschlämmstrom und dem make up-Strom indirekt. Auf diese Weise wird dem Waschkühler ein kontaminationsfreier make up-Strom zugeführt.
Eine weitere besondere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass der Wärmeaustausch mittels eines oder mehrerer Wärmeaustaucher der Bauart Platten- und/oder Spiralwärmetauscher durchgeführt wird. Da das aus der Rohsynthesegasbehandlung kommende Gaskondensat stark mit Schwebstoffen, wie Teer, Öl und Staub, belastet ist, sind Plattenund/oder Spiralwärmetauscher besonders an dieser Stelle geeignet, da sie mit wenig Arbeitsaufwand zu reinigen sind.
Ausführungsbeispiel
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das aus der Druckvergasung von Kohle als kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff stammende Rohsynthesegas (1) wird direkt nach dem Verlassen des Druckvergasers in den Waschkühler (2) geleitet. Hierin wird das Gas durch direkten Kontakt mit wässrigem Gaskondensat (19, 20) gekühlt, befeuchtet und entstaubt. Das Rohsynthesegas und das Gaskondensat verlassen durch eine gemeinsame Leitung (3) den Waschkühler (2) und werden in den Abhitzekessel (4) eingeführt. Hier werden Gas und Gaskondensat getrennt. Das Gas wird im Abhitzekessel indirekt durch Kesselspeisewasser (21), das zu Niederdruckdampf (22) verdampft wird, gekühlt, wobei weiteres Gaskondensat gebildet wird. Das Gas wird über Leitung (5) in den Kühler (6) geleitet und dort durch indirekten Wärmeaustausch weiter herunter gekühlt, wobei Kesselspeisewasser (23) in Niederdruckdampf (24) umgewandelt wird. Anschließend wird das Gas über Leitung (7) zu weiteren Kühl- und Behandlungsschritten, wie z. B. einer Gasreinigung nach dem Rectisol-Verfahren (nicht dargestellt), weitergeleitet.
Über die Leitungen (8) und (9) wird das bei der Abkühlung des Rohsynthesegases gebildete Gaskondensat aus dem Abhitzekessel bzw. dem nachgeschalteten Kühler abgeleitet. Über Leitung (19) wird der größere Teil des über Leitung (8) aus dem Abhitzekessel austretenden Gaskondensats in den Waschkühler (2) im Kreislauf zurückgeführt. Aus diesem Kreislauf wird über Leitung (25) ein Abschlämmstrom abgezogen, um den Gehalt an Teer, Öl und Feststoffpartikeln konstant zu halten. Der Abschlämmstrom (25) wird über einen Plattenwärmetauscher (10) geleitet, dabei gekühlt und mit dem aus dem nachgeschalteten Kühler (6) abgeleiteten Gaskondensat (9) zusammengeführt, mittels eines Wärmetauschers (11) auf 80°C abgekühlt, mittels einer Entspannungsvorrichtung (12) auf atmosphärischen Druck entspannt und in eine Absetzvorrichtung, den sogenannten Teerscheider (13), gegeben. Hier werden Schwebstoffe, wie Öl (14), Teer (15) und ein Feststoffpartikel enthaltender Schlamm (16) aus dem Gaskondensat abgetrennt und aus dem Teerscheider ausgetragen. Über Leitung (17) wird das auf diese Weise gereinigte Gaskondensat aus dem Teerscheider (13) abgezogen. Ein Teil davon wird über Leitung (18) zum Plattenwärmetauscher (10) geleitet, dabei erwärmt und als make up-Strom über Leitung (20) in den Gaskondensatkreislauf des Waschkühlers (2) eingespeist. Der andere Teil des aus dem Teerscheider abgezogenen, gereinigten Gaskondensats wird über Leitung (26) den nachfolgenden Behandlungsstufen (nicht dargestellt) zugeführt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Mit der Erfindung wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Behandlung von durch Druckvergasung fester, kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe erzeugtem Rohsynthesegas zur Verfügung gestellt, das eine höhere Ausbeute der im Rohsynthesegas und im Gaskondensat enthaltenen Wärmeenergie ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Rohsynthesegas aus Druckvergaser
2: Waschkühler
3: Rohsynthesegas und Gaskondensat
4: Abhitzekessel
5: Rohsynthesegas
6: Kühler
7: Rohsynthesegas zur weiteren Behandlung
8: Gaskondensat
9: Gaskondensat
10: Wärmetauscher
11: Kühler
12: Entspannungsvorrichtung
13: Teerabscheider
14: Ölabzug
15: Teerabzug
16: Feststoffabzug
17: Gaskondensat, gereinigt
18: Gaskondensat, gereinigt, als make up-Strom zum Waschkühler
19: Gaskondensat, ungereinigt zum Waschkühler
20: Gaskondensat zum Waschkühler
21, 23: Kesselspeisewasser
22, 24: Niederdruckdampf
25: Abschlämmstrom
26: Gaskondensat, gereinigt, zur weiteren Behandlung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2542055 C3 [0002]

Claims

Verfahren zur Behandlung eines Rohsynthesegases und eines Gaskondensats aus der unter erhöhtem Druck und bei erhöhten Temperaturen mit Sauerstoff und Wasserdampf durchgeführten Vergasung von kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, wobei das Rohsynthesegas zunächst in einem mit Gaskondensat als Wasch- und Kühlmedium betriebenem Waschkühler, dann in einem Abhitzekessel und dann in mindestens einem weiteren Kühler behandelt wird, wobei das im Waschkühler verwendete Gaskondensat über den Abhitzekessel im Kreis gefahren wird, wobei aus diesem Kreislauf ein Abschlämmstrom ausgeschleust und ebenso wie das in dem mindestens einem weiteren Kühler gebildete Gaskondensat in einen Teerscheider geleitet wird und wobei ein Teil des im Teerscheider behandelten Gaskondensats als make up-Strom in den Gaskondensatkreislauf des Waschkühlers zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem make up-Strom und dem Abschlämmstrom und/oder dem aus mindestens einem weiteren Kühler stammendem Gaskondensat ein Wärmeaustausch durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch ausschließlich zwischen dem Abschlämmstrom und dem make up-Strom durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Abschlämmstrom und dem make up-Strom indirekt erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch mittels eines oder mehrerer Platten- oder Spiralwärmetauscher durchgeführt wird.
Verfahren gemäß eines der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffhaltiger Einsatzstoff Kohle eingesetzt wird.