DE102013101945A1

DE102013101945A1 - Verfahren zur Weiterverwertung von Nebenprodukten aus Vergasungsanlagen

Info

Publication number: DE102013101945A1
Application number: DE201310101945
Authority: DE
Inventors: Ralf Abraham; Domenico Pavone; Simon Boris Hafner; Dobrin Toporov
Original assignee: ThyssenKrupp Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-08-28
Also published as: WO2014131700A1; TW201439305A

Abstract

Mit einem Verfahren zur Weiterverwertung von Nebenprodukten aus Vergasungsanlagen, insbesondere aus einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, wobei das während der Vergasung entstehende, Feststoffanteile mit sich führende Gas über einen Zentrifugalabscheider geführt wird, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der gasförmige und/oder flüssige Nebenprodukte zur Verbesserung der Ausbeute der jeweiligen Vergasungsanlage dem Vergasungsprozess nicht verlorengehen. Dies wird dadurch erreicht, dass die neben den im Hauptgas enthaltenen Produkte, wie CO, H2, CO2, CH4 und H2O noch enthaltene, bei den Temperaturen von 900° bis 1200°C nicht umgesetzten Komponenten, wie C6H6 oder C10H8 (Nebenprodukt (By-Product)) ebenso wie wasserstoffbasierte Komponenten, wie beispielsweise NH3, aus den Hauptgasprodukten ausgeschieden und in den Vergasungsprozess zurückgeführt werden.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Weiterverwertung von Nebenprodukten aus Vergasungsanlagen, insbesondere aus einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, wobei das während der Vergasung entstehende, Feststoffanteile mit sich führende Gas über einen Zentrifugalabscheider geführt wird.
Während der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material in einem Hochtemperaturvergaser, beispielsweise in einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, entstehen bei der Vergasung neben den Hauptprodukten CO, H₂, CO₂, CH₄ und H₂O zusätzliche Produkte, die bei der Vergasungstemperatur im Bereich von 900°C bis 1200°C noch im Hauptgasstrom enthalten sind. Dabei handelt es sich z.B. um Produkte, wie C₆H₆ oder C₁₀H₈ oder auch um NH₃, die einer vollständigen Umsetzung widerstanden haben und den Vergaser zusammen mit dem Hauptprodukt gasförmig verlassen. Diese Nebenprodukte können in der Regel leicht mittels stromabwärts positionierter Einrichtungen separiert werden und damit anderen Prozessen zugeführt oder in Zusatzanlagen entsorgt werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der gasförmige und/oder flüssige Nebenprodukte zur Verbesserung der Ausbeute der jeweiligen Vergasungsanlage dem Vergasungsprozess nicht verlorengehen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die neben den im Hauptgas enthaltenen Produkte, wie CO, H₂, CO₂, CH₄ und H₂O noch enthaltene, bei den Temperaturen von 900°C bis 1200°C nicht umgesetzten Komponenten, wie C₆H₆ oder C₁₀H₈ (Nebenprodukt (By-Product)) ebenso wie wasserstoffbasierte Komponenten, wie beispielsweise NH₃, aus den Hauptgasprodukten ausgeschieden und in den Vergasungsprozess zurückgeführt werden.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Wege diese Nebenprodukte zurückzuführen. Hier sieht die Erfindung nach einer ersten Variante vor, dass das recycelte Nebenprodukt (By-Product) als Flüssigkeit den festen Vergasungsprodukten (Feed) zugemischt, wo es vom festen Material (Feed) absorbiert wird und gemeinsam mit dem Brennstoff in den Vergaser eingeführt wird.
Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die recycelten Nebenprodukte über die vorhandenen O₂-Zuführdüsen in die Vergasungsanlage eingebracht werden.
Auch ist es möglich, dass durch den Einsatz des im Kopfbereich des Hochtemperaturreaktors vorgesehenen Aufheizbrenners das Nebenprodukt durch die Brennerdüsen in den Vergaser zusammen mit Sauerstoff eingeführt werden, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Eine wiederum andere Möglichkeit besteht darin, dass das Nebenprodukt über eine im Bereich der Hochtemperatur-Vergasungszone positionierte Ebene von Düsen in den Vergaser eingebracht wird.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass die jeweiligen Vorgehensweisen einzeln, aber auch in unterschiedlichen Kombinationen eingesetzt werden können, je nach Art und Bauweise der Vergasungsanlage bzw. der konstruktiven Gegebenheiten.
Werden die Nebenprodukte, wie oben angegeben, über Düsen oder Brenner rückgeführt, wird deren Gestaltung so getroffen, dass sie zur Bildung einer Flamme das Nebenprodukt mit O₂ mischen, so dass eine höher konzentrierte Reaktionszone gebildet wird. Das Nebenprodukt kann flüssig oder gasförmig sein. Es kann in den Vergaser als Dampf oder als Flüssigkeit bei Benutzung von Sprühdüsen zugeführt werden, um beispielsweise die Konvertierung zu erleichtern.
Die Art der Einführung der Nebenprodukte aus der Vergasung zurück in die Vergasungsanlage hängt von der jeweiligen Dekomposition bzw. Spaltung ab und von den Anforderungen an das Brenngas. So ist der Benzolabbau bei individuellen Temperaturen unbefriedigend, ein vollständiger Benzolabbau wird aber bei Verweilzeiten von über 2 Sekunden und Temperaturen ≥ 1200°C erreicht. Eine sehr hohe lokale Temperatur in einer Benzolflamme, die durch das Einbringen des Benzols in den Sauerstoffstahl entsteht, kann ggf. das Verschlackungsrisiko des Vergasers erhöhen, allerdings kann der für eine Nachvergasungszone vorgesehene Sauerstoff reduziert werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine vereinfachte Vergaserdarstellung mit Zuführung flüssigen Nebenproduktes in den festen Ausgangsbrennstoff,
2 die Möglichkeit der Zuführung des Nebenproduktes durch O₂-Düsen,
2a eine vergrößerte schematische Darstellung einer Düse,
3 in gleicher Darstellung die Zuführung des Nebenproduktes durch den Kopfbereich des Hochtemperaturreaktors,
3a eine vergrößerte schematische Darstellung einer Düse und in
4 ein vereinfachtes Verfahrensschaltbild.
Die allgemein mit 1 bezeichnete Vergasungsanlage, z.B. ein Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, wird von einem Vergaserkörper 2 aus feuerfestem Mauerwerk gebildet, der in Schwerkraftrichtung unten mit einem konischen Auslaufbereich 2a versehen ist. Im Kopfbereich 2b ist eine Zuführleitung 3 zu einem Zyklon 4 positioniert, wobei der Zyklon 4 die abgetrennten Feststoffpartikel über eine Rückführleitung 5 in den unteren Bereich 2a des Vergasers 2 leitet. Zuführleitungen zum Einbringen von Vergasungskomponenten und zum Austritt in eine Wirbelschicht sind in 1 nur angedeutet und mit 6 bis 8 bezeichnet. Die Zufuhr des festen Brennstoffes über Vorlagebehälter 9 mittels einer Förderschnecke 10 ist durch einen Pfeil 11 angedeutet, wobei durch einen größeren Pfeil 12 die Zufuhr von flüssigem, aus dem Prozess stammenden Nebenprodukt dargestellt ist. Schließlich ist noch mit einem Pfeil 13 die Beaufschlagung mit O₂ angedeutet.
Das mit Nebenprodukten beladene Gas wird gemäß Pfeil 16 aus den Zyklon 4 ausgeleitet und einer Gasreinigung 17 (4) zugeführt. Wie in 4 auch schematisch angedeutet, wird das aus der Gasreinigung 17 gewonnene Nebenprodukt gemäß Pfeil 18 in den Vergaser 2 oder gemäß Pfeil 12 in flüssiger Form dem Feed zugeführt.
In den 2 und 2a ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, die funktionsmäßig gleichen Elemente tragen hier die gleichen Bezugszeichen. In Abwandlung zur Ausführungsform nach 1 wird hier z.B. ein gasförmiges Nebenprodukt über die allgemein mit 13a bezeichneten O₂-Düsen eingebracht. Die Eindüsung des O₂ ist hier mit Pfeilen 14 angedeutet, der Pfeil 15 deutet die Eindüsung des Nebenproduktes an. Die Düsengestaltung ist dabei in 2a lediglich schematisch bzw. vereinfacht wiedergegeben.
Schließlich zeigen die 3 und 3a ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist im Kopfbereich 2a des Vergasers 1 wenigstens eine allgemein mit 13b bezeichnete Düse zur Einbringung von Sauerstoff wiederum stark vereinfacht dargestellt, die Zufuhrpfeile für den Sauerstoff sind hier ebenfalls mit 14 bezeichnet, der Pfeil zur Einbringung des Nebenproduktes trägt auch hier das Bezugszeichen 15.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, hier können andere, insbesondere konstruktive Varianten vorgesehen sein, insbesondere was die Düsengestaltung zur Einbringung des Nebenproduktes zusammen mit Sauerstoff in das System betrifft. Auch die Positionierung der jeweiligen Zuspeisedüsen für das Nebenprodukt können anders als in dem dargestellten Beispiel vorgesehen sein.
Auch das Einbringen des Nebenproduktes in flüssiger Form kann über Sprühdüsen erfolgen, wenn dies notwendig sein sollte.
Bezugszeichenliste

1: Hochtemperatur-Winkler-Vergaser
2: Vergaserkörper
2a: konischer Auslaufbereich
2b: Kopfbereich
2c: Ascheabzugtrichter
3, 6, 7, 8: Zuführleitung
4: Zyklon
5: Rückführleitung
9: Vorlagebehälter
10: Förderschnecke
11, 12, 13: Pfeil
13a, 13b: Düse
14, 15: Pfeil

Claims

Verfahren zur Weiterverwertung von Nebenprodukten aus Vergasungsanlagen, insbesondere aus einem Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, wobei das während der Vergasung entstehende, Feststoffanteile mit sich führende Gas über einen Zentrifugalabscheider geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die neben den im Hauptgas enthaltenen Produkte, wie CO, H₂, CO₂, CH₄ und H₂O noch enthaltene, bei den Temperaturen von 900° bis 1200°C nicht umgesetzten Komponenten, wie C₆H₆ oder C₁₀H₈ (Nebenprodukt (By-Product)) ebenso wie wasserstoffbasierte Komponenten, wie beispielsweise NH₃, aus den Hauptgasprodukten ausgeschieden und in den Vergasungsprozess zurückgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das recycelte Nebenprodukt (By-Product) in flüssiger Form den festen Vergasungsprodukten zugeführt und gemeinsam in den Vergaser eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die recycelten Nebenprodukte über die O₂-Zuführdüsen in die Vergasungsanlage eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Einsatz des im Kopfbereich des Vergasungsreaktors vorgesehenen Aufheizbrenners das Nebenprodukt durch die Brennerdüsen in den Vergaser zusammen mit Sauerstoff eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt über eine im Bereich der Hochtemperatur-Vergasungszone positionierte Ebene von Düsen in den Vergaser eingebracht wird.
Vergasungsanlage, insbesondere Hochtemperatur-Winkler-Vergaser, mit einem Vergasungskörper und einem Zentrifugalabscheider zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem erzeugten Gas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die im Gas enthaltenen Nebenprodukte ausscheidenden Abscheider sowie einer Rückführleitung zum Einbringen des abgeschiedenen Nebenproduktes in die Vergasungsanlage.
Vergasungsanlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Rückführleitung für das Nebenprodukt in flüssiger Form in wenigstens einen Vorlagebehälter für die dem Vergaser zugeführten Feststoffe.
Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch kombinierte Düsen (13a, 13b) zur Einbringung des Nebenproduktes (15) und O₂ (14).