DE102013104828A1

DE102013104828A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Kondensat aus Vergasungsanlagen

Info

Publication number: DE102013104828A1
Application number: DE102013104828.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Oehmichen
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-11-13
Also published as: WO2014180923A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wobei das Kondensat bei einer Kühlung und Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren Kammern, mindestens einem Wärmetauscher und mindestens einer Erwärmungseinrichtung für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat einer der Kammern zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und in der das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise unter Bildung eines Destillats verflüssigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Kondensat, welches bei der mehrstufigen Abkühlung von Synthesegasen aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien entsteht.
Das Rohgas bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Materialien enthält neben den Hauptkomponenten H₂, CO, CO₂, CH₄, H₂O und N₂ auch unerwünschte Spurenkomponenten in Form von Stickstoffverbindungen (NH₃, HCN), Halogenverbindungen (HCl, HF) oder Schwefelverbindungen (H₂S, COS) aber auch Alkalimetalle (insb. K und Na) welche aus den Begleitkomponenten des eingesetzten Rohstoffes entstehen. Ferner können je nach angewandter Vergasungstechnologie und eingesetztem Rohstoff größere Mengen an höhersiedenden Kohlenwasserstoffen (z.B. Naphthalin oder Phenol), den so genannten Teeren und Staub enthalten sein. Beim Abkühlen des Rohgases nimmt das Kondensat einen Teil der gasförmigen Komponenten wie CO₂, H₂S, SO₂, S_x, HCN, HCl und NH₃ sowie wasserlösliche Kohlenwasserstoffe (Phenole, org. Säuren) und nicht wasserlösliche, kondensierende Kohlenwasserstoffe auf. Die Verunreinigung des Kondensates ist dabei von der Konzentration der Komponenten in der Gasphase, der Temperatur sowie dem pH-Wert des Wassers abhängig. Ein Teil der gelösten Gaskomponenten kann im Wasser noch weiter reagieren, so dass eine Vielzahl von Kat- und Anionen entstehen können.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Teerbeladung von Produktgasen aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Biomasse oder Kohle, im Bereich von 1 bis 100 g/m³ liegen kann (T.A. Milne, Biomass Gasifier "Tars": Their Nature, Formation, and Conversion, National Renewable Energy Laboratory, 1998). Beim Abkühlen und Auskondensieren bedingen solche hohen Teerlasten stark verunreinigte Abwässer. Diese stellen ein Gemisch aus ineinander unlöslichen Phasen dar, bestehend aus einer wässrigen Phase mit gelösten anorganischen und organischen Verunreinigungen sowie suspendierten Feststoffen (wie Flugasche und/oder pyrolisierter Partikel aus dem Einsatzstoff) und aus einer wasserunlöslichen, flüssigen Phase, die sich beim Auskondensieren der Teere bildet. Aufgrund ihrer Komplexität sowie dem Gehalt an wasserunlöslichen Komponenten ergeben sich ungünstige Produkteigenschaften, welche nachfolgende Aufbereitungsschritte erschweren. Oftmals weisen solche Abwässer schlechte Phasentrennungseigenschaften auf, da Wasser und Teere/Öle zur Emulsionsbildung neigen. Zudem erschwert der hohe Wasserüberschuss eine gezielte, sinnvolle Verwertung dieser Stoffe. Es ist daher von Vorteil, dass man vor dem Abkühlen des Gasstromes den Gehalt an Teeren reduziert. Hierfür kommen beispielsweise physikalische Methoden wie ölbasierter Wäscher in Frage, in welchen die abgeschiedenen Teere aber nur ungenügend weiter genutzt werden können, oder, besonders vorteilhaft, Cracking und Reformierungsverfahren, in welchen die Teere in nutzbare Gasbestandteile wie H₂ und CO umgewandelt werden.
Für die Prozesswasseraufbereitung ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl an erprobten Technologien bekannt. Für die Feststoffabtrennung werden Verfahren wie Sedimentation, Filtration, Flotation oder auch Flockung angewandt. Weiterhin werden AOP-Prozesse (Advanced Oxidation Process) für die Reduzierung der organischen Fracht und oxidierbarer anorganischer Verbindungen, Adsorptionsverfahren an Wasseraktivkohle für das Entfernen von Kohlenwasserstoffen, Ionenaustauscher, Umkehrosmose und Elektrodeionisation für die Entsalzung oder die Adsorption an Zeolithen, Strippung oder MAP-Fällung bei hohen Ammonium-Konzentrationen eingesetzt. Solche Verfahren bergen aber den Nachteil, dass damit teilweise ein hoher Verbrauch an elektrischer Energie einhergeht, dass ferner zusätzliche Betriebsmittel (wie Neutralisationsmittel) benötigt werden, dass weitere Abfallströme entstehen oder dass wie bei der Adsorption ein hoher verfahrenstechnischer Aufwand für die Regeneration der Adsorbermaterialien betrieben werden muss.
Aus der GB 2 198 744 ist die Aufbereitung eines bei der Kohlevergasung anfallenden wässrigen Kondensats bekannt, wobei das von Feststoffen befreite Kondensat einer einstufigen Entspannungsverdampfung zugeführt wird, in welcher der entstehende Dampf als Vergasungsmedium zurück geführt wird. Ein Teil der Sole wird zur Erhöhung der Dampfausbeute im Kreislauf gefahren während der andere Teil aus dem Kreislauf abgezogen und einer Verbrennung zugeführt wird. Als nachteilig erweist sich hier, dass zum Erreichen hoher Aufkonzentrierungen, und damit niedriger Abfallströme sehr hohe Umlaufraten und hohe Pumpenleistungen nötig sind. Ferner ist der Energiebedarf zur Dampferzeugung bei einer einstufigen Entspannungsverdampfung naturgemäß sehr hoch. Als weiterer Nachteil erweist sich die Tatsache, dass zur Erzeugung von Hochdruckdampf Wärmeströme mit hohem Temperaturniveau nötig sind.
Aus der Druckschrift EP 0 200 259 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein vergasungsstämmiges Kondensat aus einer mehrstufigen Gaskühlung behandelt wird. Dieses wird teilweise einer Entspannungsverdampfung zugeführt, wobei der bei der Verdampfung anfallende und mit Verunreinigungen behaftete Dampf mit verbrannt wird und ein Teil der Sole sowie ein Teil des Kondensates als Waschwasser für einen Waschkühler genutzt werden.
Eine ähnliche Verfahrensvariante ist in der Druckschrift EP 0 012 456 dargestellt, wobei bei dieser das Kondensat jedoch vollständig in eine Entspannungsverdampfung geleitet wird, ein Teil der Sole zur Waschkühlung verwendet wird und lediglich ein kleiner Teil einer Entsorgung zugeführt wird. Die belastete Dampfphase wird ebenfalls verbrannt. Ein Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass im Waschkühler die gefühlte Wärme des Gasstroms in latente Wärme umgewandelt wird. Weiterhin wird der Dampf nicht weiter im Prozess genutzt und nur thermisch entsorgt. Zudem erweist sich der hohe Anfall an Abwasser als nachteilig.
In der Druckschrift DD 215 067 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem das Produktgas einer unter Druck betriebenen Kohlevergasung in einem Waschkühler abgekühlt wird und in Wärmetauschern auskondensiert. Das Kondensat wird einer Entspannungsverdampfung unterzogen, wobei der entstehende Dampf über Dampfverdichter als Prozessdampf genutzt und die Sole dem Waschkühler als Waschwasser zugeführt wird. Ein Teil des Sumpfes im Entspannungsbehälter wird entnommen und entsorgt. Als nachteilig erweisen sich vor allem die aus der niedrigen Dampfausbeute resultierende energieintensive Kreislaufführung sowie der hohe apparative und energetische Aufwand für die Dampfverdichtung.
Aus der Druckschrift DE 69 724 825 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Abwasser aus einer Vergasungsanlage mittels eines Fallfilmverdampfers und/oder eines Zwangsumlauf-Entspannungsverdampfers aufbereitet wird, so dass aus der Sole hochkonzentriertes Ammoniumchlorid gewonnen werden kann. Als Nachteil ist hier ebenfalls die aus der niedrigen Dampfausbeute resultierende energieintensive Kreislaufführung bei einer einstufigen Verdampfung zu sehen.
Weiterhin ist in Teislev, B. "Harboøre – Woodchips updraft gasifier and 1500 kW gasengines operating at 32% power efficiency in CHP configuration", Babcock & Wilcox, Volund, 2002 ein Verfahren beschrieben, in welchem eine Teer/Wassermischung aus dem Gasstrom eines Gegenstromvergasers auskondensiert wird und welche anschließend in eine separate Teerphase und eine verunreinigte Wasserphase getrennt wird. Der Teer wird energetisch genutzt, während die Wasserphase einem Verdampfer zugeführt wird Der entstehende Dampf wird anschließend in einem Hochtemperatur-Reaktor gereinigt und der gereinigte Dampf kondensiert. Als ungünstig erweist sich an diesem Verfahren, dass die Teere nur energetisch genutzt werden können, dass zur Gewährleistung der Wasserreinigung sehr hohe Temperaturen notwendig sind und dass eine Wärmerückgewinnung erschwert oder sogar unmöglich ist. Des Weiteren ist die in dieser Druckschrift vorgesehene Verbrennung von Teeren in Deutschland nicht erlaubt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Aufbereitung eines wässrigen Kondensates, welches bei der mehrstufigen direkten und indirekten Abkühlung dieses Rohgases anfällt gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu verbessern, so dass insbesondere das gereinigte Wasser im Prozess, wie z.B. zur Erzeugung von Hochdruck-Prozessdampf, weiter genutzt werden kann. Es sollten dabei möglichst wenige Abfallströme entstehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Aufkonzentrierung von Verunreinigungen, so dass ermöglicht wird, diese als Wertstoffe zurückzugewinnen. Ferner soll ein sehr energieeffizientes und flexibles Verfahren geschaffen werden, welches die Nutzung von Niedrig- bis Mitteltemperaturabwärme ermöglicht und welches für verschiedene Vergasungsverfahren mit einer Vielzahl an kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien und demzufolge unterschiedlicher Kondensatzusammensetzungen geeignet oder einfach anpassbar ist. Auch soll der Bedarf an Hilfsstoffen auf ein Minimum reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas umfasst eine Vergasungseinrichtung und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Anlage eine mehrstufige Verdampfungseinrichtung aufweist wobei die Verdampfungseinrichtung mindestens eine Erwärmungseinrichtung für das Kondensat aufweist in welcher das Kondensat unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmbar ist und die Verdampfungseinrichtung mehrere Kammern und mindestens einen Wärmetauscher aufweist und durch diese Kammern das durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Kondensat -insbesondere im Gegenstrom – zu dem zur Erwärmungseinrichtung leitbaren Kondensat führbar ist, wobei in diesen Kammern das erwärmte Kondensat durch Entspannungsverdampfung zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand überführbar ist und das daraus resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zum Wärmeübertrag auf das zur Erwärmungseinrichtung leitbare Kondensat zuführbar ist, wobei das gasförmige Medium in dem Wärmetauscher unter Bildung eines Destillats auf eine vorgegebene Temperatur und insbesondere eine Temperatur unterhalb dessen Siedepunktes abkühlbar ist und in flüssigem Zustand aus dem Wärmetauscher bzw. der Anlage abführbar ist.
Es ist dabei möglich, dass das Kondensat direkt nach seiner Kondensation noch die Siedetemperatur aufweist und bevorzugt durch weitere Wärmeverluste in der Anlage eine weitere Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes stattfindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anlage eine – insbesondere der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete – Reinigungseinrichtung für das Synthesegas auf, wobei die Verdampfungseinrichtung bevorzugt derart mit der Reinigungseinrichtung verbunden ist, dass der Verdampfungseinrichtung in der Reinigungseinrichtung anfallendes Kondensat zuführbar ist.
Durch die der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für das Synthesegas soll eine Vorkonditionierung des Rohgasstromes und somit eine Vorreinigung des Kondensates erzielt werden. Hierdurch soll insbesondere bei hohen Staublasten und/oder hohen Teerbeladungen eine Reduzierung des Staub- und Teeranteiles bewirkt werden. Ohne Abscheidung würden diese erhebliche Probleme in gasseitig nachgeschalteten Anlagenteilen wie Wärmetauschern und Kondensatoren verursachen. Für die Entstaubung können beispielsweise Heißgaszyklone oder Heißgasfilter auf Basis keramischer oder metallischer Materialien verwendet werden. Für die Teerreduktion sind besonders thermische und oder katalytische Cracker geeignet, da diese die Teere in wertvolle Gasbestandteile wie CO und H₂ umwandeln. Dadurch können die Teere in nachgeschalteten Prozessen sowohl energetisch als auch stofflich genutzt werden. Auch wird durch die erfindungsgemäß der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für das Synthesegas die Handhabung und Verarbeitung des Kondensates erheblich verbessert, da dieses, wie bereits verdeutlicht, schwer zu verarbeitende Medien darstellen.
Bevorzugt ist eine Anlage, die Einrichtungen aufweist, mittels der das Kondensat im gasförmigen Zustand vor der Kühlung vorgereinigt werden kann.
Die Einrichtungen zur Vorreinigung umfassen bevorzugt eine Einrichtung zum Entfernen von Feststoffen aus dem Gas.
Bevorzugt umfassen die Einrichtungen zur Vorreinigung eine Einrichtung zum Entfernen von Teerverbindungen aus dem Gas. Bevorzugt ist diese Einrichtung dazu geeignet, um die Teerverbindungen vorrangig in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und kurzkettige Kohlenwasserstoffe umwandeln zu können.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen einer solchen Anlage, in der die Entstaubungs- und Teerentfernungsverfahren gekoppelt sind.
Der mittels einer Einrichtung zur Vorreinigung vorgereinigte Gasstrom wird einer mehrstufigen Gaskühlung zugeführt. Die Eintrittstemperatur des Rohgases hängt von der verwendeten Vergasungstechnologie ab, liegt aber oftmals über der Teerkondensationstemperatur, da hierdurch ein Fouling und Verstopfen von Rohrleitungen und Apparaturen vermieden wird. Die Temperatur nach der Kühlung hängt von dem gewünschten Wasserdampfgehalt sowie dem Vergasungsdruck ab. Ein weiterer maßgeblicher Faktor, welcher die Kühltemperatur festlegt ist, der für den Prozess erforderliche Teertaupunkt. Beim Abkühlen kondensiert der im Rohgas enthaltene Wasserdampf aus und nimmt dabei ein Großteil der wasserlöslichen Gasbestandteile auf. Um den Gasreinigungseffekt der Kondensation zu verbessern wird zur Erhöhung der Stoffaustauschfläche eine Gaswäsche integriert. In dieser wird der Gasstrom mit einem Teil des Kondensates erneut in Kontakt gebracht. Als Wäscher können vorteilhaft Strahl- oder Venturiwäscher eingesetzt werden. Diese bieten zudem den Vorteil der Feinentstaubung. In besonderen Fällen kann eine zweite Wäsche bestehend aus Füllkörper- oder Bodenkolonnen der ersten Waschstufe nachgeschaltet werden.
Die Anlage weist bevorzugt eine Trenneinrichtung auf, mittels welcher aus dem Kondensat die enthaltenen Feststoffe sowie alle nicht im Wasser gelösten Stoffe wie Öltropfen abgeschieden werden können. Diese verlassen als Abfallstrom den Trennapparat und können entweder in den Vergaser zurückgeführt werden, einer Verbrennung zugeführt werden oder entsorgt werden.
Bevorzugt ist außerdem eine Ausführungsform einer Anlage, in der in einer Bewegungsrichtung des Kondensats der Verdampfungseinrichtung folgend eine Teilungseinrichtung für Flüssigkeiten aufweist, mittels der ein Teil der aus der Verdampfungseinrichtung austretende Flüssigkeit mit dem in der Reinigungseinrichtung anfallenden Kondensat vereinigbar ist und erneut in die Verdampfungseinrichtung führbar ist und ein anderer Teil der aus der Verdampfungseinrichtung austretenden Flüssigkeit aus der Anlage abführbar ist. Durch eine solche Teilungseinrichtung ist es möglich, teilweise durch Entspannungsverdampfung aufkonzentriertes Kondensat solange im Kreislauf zu führen und erneut der Verdampfungseinrichtung zuzuführen, bis eine vorbestimmbare Salz- und/oder Ionenkonzentration und/oder Konzentration an sonstigen Verunreinigungen in dem aus der Verdampfungseinrichtung abgeführten Kondensat (Sole, Sumpf) vorliegt, der eine weitere Behandlung in der Verdampfungseinrichtung unrentabel macht und/oder für eine Gewinnung der enthaltenen und/oder gelösten Salze und/oder sonstiger Verunreinigungen ausreichend hoch ist und so eine diesbezügliche Wertschöpfung möglich macht.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wobei das Kondensat bei einer Kühlung und Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren, d.h. mindestens zwei Kammern, mindestens einem Wärmetauscher und mindestens einer Erwärmungseinrichtung für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat einer der Kammern zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und in der das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise unter Bildung eines Destillats verflüssigt.
Demnach wird das Kondensat durch mindestens einen Wärmetauscher der Verdampfungseinrichtung zu der Erwärmungseinrichtung geleitet, dort auf eine vorbestimmbare erhöhte Temperatur gebracht und – insbesondere in entgegengesetzter Richtung – erneut der Verdampfungseinrichtung zugeführt, wobei darin (und nach der Erhöhung der Kondensattemperatur durch die Erwärmungseinrichtung) die Verdampfung des Kondensats mittels Entspannungsverdampfung erfolgt und die Verdampfung in mehreren d.h. mindestens zwei Stufen erfolgt. Das Kondensat wird dabei bevorzugt stufenweise einer Vielzahl von Entspannungsräumen zugeführt, wobei je ein Teil des Kondensats bzw. dessen Lösungsmittel (z. B. (und im Normalfall größtenteils) Wasser) verdampft und die zurückbleibende Flüssigkeit bzw. Sole (Sumpf) zur weiteren Verdampfung in den nächsten Entspannungsraum zugeführt wird.
Der entstehende Dampf wird bevorzugt in jeder Stufe (Kammer) an Kondensatoren niedergeschlagen und als kondensierte Flüssigkeit bzw. Destillat abgeführt.
Bevorzugt sind diese Kondensatoren in einigen Kammern, besonders bevorzugt aller Kammern als Wärmetauscher ausgeführt, mittels derer das zu der Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat bereits vortemperiert (also erwärmt) werden kann.
Bevorzugt wird die Wärme für die Enderhitzung des Kondensats in der Erwärmungseinrichtung direkt oder indirekt aus Prozessen abgeführt, welche ein Abkühlen des Synthesegases verursachen. Somit ist eine thermische Nutzung der bei der Abkühlung des Synthesegases anfallenden Abwärme möglich.
Da das abgeführte Destillat eine erhöhte Temperatur aufweist, bietet sich vorzugsweise die Nutzung als Speisewasser für die Erzeugung von Prozessdampf an. Es kann unter Umständen notwendig sein, dass Destillat vor der Nutzung als Speisewasser vorzuwärmen. Dafür kann bevorzugt die Wärme genutzt werden, die bei der Erfindungsgemäßen Abkühlung des Rohgases der Vergasung entsteht. Die Energie für die Verdampung wird dem Sinne der Erfindung aus der Reaktionswärme der Reaktion der Synthesegase bereitgestellt.
Für die Erhöhung der Dampfausbeute (Verhältnis von Dampfmenge zu einströmen-dem Kondensat) und zur Minimierung von Abfallströmen ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass ein Teil des in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Verdampfungseinrichtung abgeführt wird und mit dem bei der Kühlung und Reinigung des Synthesegases entstehenden Kondensat vereint und erneut in die Verdampfungseinrichtung geleitet wird und ein anderer Teil des in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Anlage abgeführt wird. Dazu wird ein Teil der aus der letzten Verdampferstufe austretenden Flüssigkeit bevorzugt erneut auf Druck gebracht und durch mindestens ein Teil der Vorwärmerstufen und dem Enderhitzer erneut in die erste Verdampferstufe geführt.
Das Mischen von Kreislaufwasser und Kondensat kann außerhalb des Entspannungsraumes in einem separaten Gefäß oder vorteilhaft in der letzten Entspannungsstufe erfolgen. Während des Mischvorgangs findet eine Entgasung des Kondensates statt. Austretende Gase werden bevorzugt über entsprechende Einrichtungen (z. B. Ventile) entfernt.
Das Kondensat wird bevorzugt vor der Verdampfung gestrippt (mit Dampf oder anderweitig). Bevorzugt erfolgt das Stripping in situ durch Entspannungsverdampfung.
Zur Vermeidung von Siedeblasen und daraus resultierenden Ablagerungen von gelösten Stoffen ist bevorzugt vorgesehen, dass das durch die Vorwärmung und den Enderhitzer strömende Kondensat auf einen erhöhten Druck gebracht wird, welcher über dem Dampfdruck des Kondensates nach dem Enderhitzer liegt. Vorteilhaft sollte dieser Druck zudem über dem zur Eintrittstemperatur des in den Enderhitzer strömenden Heizmediums gehörigen Dampfdrucks liegen. Die Druckerhöhung erfolgt dabei bevorzugt spätestens an einem Punkt, der unterhalb des Punktes liegt, an dem das Kondensat zu sieden beginnt.
Da es durch die Verdampfung zu einer Anreicherung von gelösten Salzen und sonstigen bei den Prozessbedingungen nicht verdampfbaren Stoffe kommt, können sich durch Übersättigung lokale Stoffablagerungen bilden. Um diesem entgegen zu wirken, ist vorgesehen, dass bevorzugt kontinuierlich ein gewisser Anteil der Sole aus dem Prozess abgeführt wird. Der maximale Eindickungsgrad wird hauptsächlich durch den zu vergasenden Rohstoff und das Vergasungsverfahren bestimmt. Die Salzlast und chemische Zusammensetzung des Kondensats kann daher von Prozess zu Prozess stark variieren. Prinzipiell ist eine hohe Einengung anzustreben, da weniger Abfallströme entstehen. Allerdings ist die maximale Aufkonzentrierung an das am geringsten lösliche Salz gekoppelt. Es ist bekannt, dass insbesondere Salze aus Al, Ca, Mg, F, Fe und Si Ablagerungen verursachen, wobei insbesondere SiO₂, CaF₂, MgF und Eisencyanid als problematisch einzustufen sind. Der Salzgradient über der Stufenzahl ist dabei so einzustellen, dass kein Ausfällen in den Verdampfungskammern sondern erst nach der letzten Stufe im Soleabstrom geschieht. Dies ergibt sich aus der Bedingung, dass die Entspannungsräume mit möglichst wenig Ablagerungsverbindungen beaufschlagt werden sollen.
In Abhängigkeit des Verunreinigungsgrades kann die ausgeschleuste Sole weiteren Verfahrensschritten zugeführt werden. Bei ausreichend hohem Heizwert ist eine öl- oder gasunterstützte Verbrennung möglich. Alternativ können Soleströme einer Entsorgung zugeführt werden. Vorteilhaft können, die gelösten Salze aus der Sole zurückgewonnen werden. Bevorzugt ist daher eine Verfahrensvariante bei der das in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampfte Kondensat einer Wertschöpfung der darin enthaltenen Salze unterzogen wird.
Die Vorteile der mehrstufigen gegenüber einer einstufigen Entspannungsverdampfung liegen darin, dass bei konstanter Gesamttemperaturdifferenz bzw. konstanter Druckdifferenz zwischen dem eintretenden Druckwasser und der aus der letzten Stufe ausströmenden Sole, d.h. bei gleichem Energieinhalt, eine höhere Dampf- bzw. Destillatausbeute möglich ist, welches zudem zu geringeren Kreislaufraten führt. Des Weiteren führt eine Erhöhung der Stufenzahl zu einer verbesserten Wärmerückgewinnung bei der Kondensation und somit zu einem geringeren Wärmebedarf bei der Enderhitzung.
In den einzelnen Entspannungsstufen, vor allem in der letzten Stufe, können sich nicht kondensierbare Bestandteile anreichern. Die Anwesenheit solcher Verbindungen reduziert die Effizienz der Dampfkondensation, da diese aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit eine Art Isolationsschicht um die Wärmetauscher in den Kondensatoren bilden. Zudem kommt es aufgrund des ansteigenden Kammerdrucks zu einer Siedepunktserhöhung. Dies führt zu einem Ansteigen der Soletemperatur und daraufhin veränderten Temperaturverhältnissen in den vorherigen Entspannungsstufen und damit einhergehend zu einer geringeren Dampfausbeute pro Durchgang. Um diesem entgegen zu wirken, müssen solche Gasbestandteile aus den Kammern entfernt werden, welches beispielsweise mit Hilfe eines Gebläses realisiert werden kann. Zu den nicht kondensierbaren Verbindungen zählen vor allem leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe und physikalisch gelöste Gasbestandteile des Synthesegases. Wegen des noch vorhandenen Heizwertes können diese vorteilhaft einer Verbrennung unterzogen werden. Mit Hilfe eines Gebläses ist es zudem möglich in der letzten Kammer einen Unterdruck einzustellen, so dass in der Sole auch Temperaturen von unter 100°C möglich sind.
Als Wärmeträgermedium für die Enderhitzung des Kondensats können Thermoöle, überhitzter Nieder und Hochdruckdampf oder Sattdampf verwendet werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem austretendem Kondensat und dem eintretendem Heizmedium minimiert wird, da dies sonst sehr hohe Drücke im Kondensat bedingen würde. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Sattdampf, da dies neben einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung im Heizkreislauf einen sehr guten Wärmeübergang gewährleistet. Als Wärmequelle kann vorteilhaft die Abwärme genutzt werden, welche bei der Abkühlung des Gasstromes der Vergasung anfällt.
Die Eintrittstemperatur des Kondensates in die Enspannungskammern des Verdampfers ist ein prozessspezifischer Parameter. Im Sinne einer hohen Destillatausbeute pro Durchgang und folglich geringer Kreislaufraten und Pumpkosten ist ein hohes Temperaturniveau anzustreben. Soll die Enderhitzung nicht mit zusätzlichem Brennstoff sondern mit Abwärme aus dem Prozess geschehen, ist das obere Limit vom Temperaturniveau vorhandener Abwärmeströme begrenzt. Ein weiterer wichtiger Punkt ergibt sich aus der mit steigender Temperatur sinkenden Löslichkeit einiger Salze. Hierzu zählen Verbindungen wie CaSO₄, CaCO₃ oder Mg(OH)₂ welche zudem eine sehr geringe Löslichkeit aufweisen. Hierbei sind der Temperaturbereich und die Konzentration der Salze so einzustellen, dass kein Ausfällen während der Erhitzung stattfindet. Diese Ablagerungsverbindungen führen zu Korrosion und somit zur Materialermüdung der Wärmetauscherrohre. Zudem bewirken diese ein Ansteigen des Druckverlustes und eine Verschlechterung des Wärmeübergangs in den Wärmetauscherrohren.
Möglichkeiten zur Vermeidung und Beseitigung von Ablagerungen sind aus Meerwasserdestillationsanlagen bekannt. So können Ablagerungen von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Magnesiumhydroxid beispielsweise durch Zudosierung von entsprechenden verkrustungshindernden Additiven, welche den Kristallisationsprozess stören, gemindert werden. Auch sind mechanische Reinigungsverfahren mit Hilfe von Schwammkügelchen möglich.
Es ist bekannt, dass die gelösten Salze beim Verdampfen in der Sole zurückbleiben, so denn gewährleistet ist, dass mitgerissene Flüssigkeitstropfen aus der Dampfphase zurückgehalten werden. Hierfür sind gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechende Einrichtungen, wie z.B. Tropfenabscheider in Form von Demistoren, vorgesehen. Ferner enthält die Sole alle hochsiedenden organischen Verbindungen. Die von Halogenen praktisch freie Dampfphase besteht neben Wasser aus den leichter flüchtigen organischen Bestandteilen, Ammoniak (NH₃), Schwefelwasserstoff (H₂S) und im Kondensat physikalisch gelösten Gasen. Bei einem pH-Wert des Kondensates von < 10 kann die Dampffraktion noch Teile an HCN beinhalten.
Zur Vermeidung hoher Cyanid-Gehalte in der Dampfphase, ist es notwendig die Cyanide in der Flüssigphase zurück zu halten. Dieses ist dann der Fall, wenn der pH-Wert des Kondensates größer als 10 ist. Es kann daher von Vorteil sein, den pH-Wert des Kondensates zu regulieren. Eine Möglichkeit bietet die Zugabe pH-Wert-erhöhender Stoffe, wie beispielsweise Natronlauge, in den Kreislauf der Sole bzw. in die Zufuhrleitung des Kondensats. Bevorzugt ist daher eine Variante des Verfahrens, in der dem Kondensat zur Regelung der Entspannungsverdampfung pH-Wert erhöhende Stoffe beigemischt werden.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Destillat für die Erzeugung von Prozessdampf genutzt wird. Das gewonnene Destillat kann in Verdampfern zur Gewinnung von Hochdruck-Prozessdampf genutzt werden. Vorteilhaft kann als Wärmequelle für die Dampferzeugung die Abwärme bzw. Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase wie der Methanolerzeugung, der Methanisierung, der Fischer-Tropsch-Synthese oder auch der Ammoniaksynthese verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, in der der Prozessdampf als Vergasungsmittel für die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe genutzt wird. Wird der gewonnene Hochdruckdampf als Vergasungsmittel für den Vergasungsprozess genutzt, kann ausgenutzt werden, dass dann Verunreinigungen des Dampfes durch NH₃, HCN oder leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe aufgrund der weiteren Nutzung und der daraus resultierenden eintretenden chemischen Reaktionen eine untergeordnete Rolle spielen. Ammoniak wird im Vergaser oder im Teercracker teilweise in seine Elemente aufgespalten, HCN kann hydrolysiert werden und die Kohlenwasserstoffe werden reformiert.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem zum Zwecke der Dampferzeugung Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase genutzt wird. Dadurch ist eine besonders effiziente thermische Nutzung der Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase möglich.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird eine Reinigung des Synthesegases vorgenommen. Dabei ist es möglich, dass im Rahmen dieser Reinigung bestimmte Bestandteile ausgefiltert werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt im Rahmen der Reinigung des Synthesegases eine Feststoffabtrennung und/oder eine Teerabtrennung. Diese Teerabtrennung kann dabei auch durch eine Spaltung bzw. ein Cracken von Teer erfolgen.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine Reinigung des Kondensats durchgeführt. Insbesondere wird dabei diese Reinigung des Kondensats zugeführt, bevor dieses der Anlage zugeführt wird.
Sind die Konzentrationen an den leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen, Ammoniak und HCN für anderweitige Anwendungen bzw. für eine Entsorgung zu hoch, ist eine Nachbehandlung des Destillates notwendig. Hierfür können Verfahren nach dem Stand der Technik wie Dampfstrippen angewandt werden.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine Vorrichtung zum Cracken von Gasen dargestellt ist. Bauteile der Vorrichtung zum Cracken von Gasen, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
Es zeigen:
1: ein Fließschema des Verfahrens und
2: eine Verfahrensvariante, in welcher die Entgasung des Kondensates im Verdampfer integriert ist.
1 stellt beispielhaft ein mögliches Fließschema des Verfahrens dar. Das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial 2 wird in einen Vergasungsreaktor 1, z. B. ein Gegenstromfestbettvergaser oder ein Wirbelschichtvergaser eingebracht, in welchem es mit dem Vergasungsmittel 3 umgesetzt wird. Die dabei anfallende Asche 4 wird aus dem Reaktor entfernt. Das Produktgas, bestehend aus den gasförmigen Reaktionsprodukten, nicht umgesetzten Vergasungsmitteln, Staub und aerosolförmigen und/oder flüssigen Teeren und weiteren Bestandteilen wird über die Leitung 5 aus dem Vergaser herausgeführt und in eine Entstaubungseinrichtung 6 eingebracht. Es können hierfür Maßnahmen nach dem Stand der Technik, wie Heißgaszyklone und/oder Heißgasfilter (z.B. Schüttgutfilter, Keramikfilter oder Metallfilter) angewendet werden. Der abgeschiedene Staub/Feststoff 7 kann entsorgt werden. Sollte der Staub zum Großteil aus nicht umgesetzten Biomassepartikeln bestehen, ist eine Rückführung dieser in den Vergaser (nicht dargestellt) vorteilhaft. Ferner wird das Gas einer Entteerung 8 zugeführt. Hier können die Teere z.B. durch auskondensieren über die Leitung 10 abgetrennt werden. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren stellt das Teercracken bzw. Teerreformieren dar. Durch Zufuhr von Wärme 9 und/oder durch Zugabe von sauerstoffhaltigen Gasen 9 und damit verbundener Partialoxidation werden endotherme Crack- und Reformierungsreaktionen ermöglicht, durch welche die Teere in wertvollere Gasbestandteile wie H₂ und CO umgesetzt werden. Zur Teerentfernung können aber auch adsorptive bzw. absorptive Verfahren angewandt werden.
Das vorgereinigte, also entstaubte und entteerte Gas wird einer mehrstufigen Gaskühlung zugeführt. In den Wärmetauschern 11 und 12, welche rekuperativ, regenerativ oder mittels direkter Kühlung (z.B. Verdunstungskühlung) und jeder beliebigen Kombination der genannten Verfahren arbeiten können, wird der Gasstrom abgekühlt. Es ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch möglich, dass mehr als zwei Kühlstufen eingesetzt werden. Die Kühltemperatur hängt von dem gewünschten Wasserdampfgehalt sowie dem Vergasungsdruck ab. Soll das Gas beispielsweise bis auf einen Wassergehalt von 0,5 Vol.-% getrocknet werden, muss das Gas bei einem Anlagendruck von 500 mbar ü (über dem atmosphärischen Druck, also atmosphärenrelativ) bis auf 2°C gekühlt werden während bei 10 bar ü nur noch 34°C und bei 25 bar ü nur noch 50°C notwendig sind. Ein weiterer maßgeblicher Faktor, welcher die Kühltemperatur festlegt, ist der für den Prozess erforderliche Mindestteertaupunkt, sofern dieser nicht bereits durch die Vorreinigung ausreichend gesenkt wurde.
Beim Auskondensieren des Wasserdampfs absorbieren die wasserlöslichen Gasbestandteile und Verunreinigungen wie bspw. HCl, NH₃ im Kondensat. Zur Erhöhung der Abscheideleistung durch Erhöhung der Stoffaustauschfläche wird die Gaskühlung mit einer Gaswäsche kombiniert. Hierfür wird das Gas zunächst in einem Venturi- oder Freistrahlwäscher 13 eingeführt, in welchen eine zusätzliche Feinentstaubung stattfindet. Ferner durchläuft das Gas einen weiteren Wäscher 14, welcher aus einer Füllkörper oder Bodenkolonne bestehen kann. Es kann hierbei von Vorteil sein dem Waschmedium über die Leitung 15 ein pH-Wert-erhöhendes oder -verminderndes Fluid zuzugeben, so dass die Abscheideleistung in dem zweiten Wäscher 14 verbessert wird. Als Waschmedium wird in dieser bevorzugten Ausführungsform in allen Wäschern zumindest teilweise vorgereinigtes Kondensat genutzt. Unter bestimmten Umständen, z.B. um einen bestimmten Taupunkt einzustellen, kann es von Vorteil sein, mindestens einen der Wäscher zwischen eine der Kühlstufen zu schalten.
Das abgeführte Kondensat, welches je nach Prozessbedingungen bei einer Temperatur von 30 bis 200°C anfällt, wird einer Behandlung 16 zugeführt, in welcher alle nicht im Wasser gelösten Bestandteile wie Staubpartikel und Öltropfen abgetrennt werden und über die Leitung 17 aus dem System entfernt werden. Diese können entsorgt werden, vorteilhaft einer Verbrennung unterzogen werden oder besonders vorteilhaft in den Vergasungsapparat zurückgeführt werden (nicht dargestellt). Für die Abtrennung der Feststoffe können klassische Verfahren auf Basis von Filtration, Sedimentation oder Flotation angewendet werden. Bei sehr feinen Feststoffen können zusätzlich Flockungsverfahren genutzt werden.
Ein Teil des vorgereinigten Kondensats kann über die Leitung 18 mit Hilfe der Pumpe 19 den Wäschern 13 und 14 als Waschmedium zugegeben werden. Der restliche Teil wird über eine Speiseleitung 20 mittels einer Pumpe 21 einer Verdampfungseinheit 23, welche aus mehreren Einzelkammern k₁–k_n besteht, zugeführt.
Hierzu wird das Kondensat in einem Vormischer 22 mit einer aus dem Verdampfer im Kreislauf geführten und aufkonzentrierten Flüssigkeit 28 gemischt und vorgewärmt und mittels mehrerer Wärmetauscher 24 noch weiter aufgeheizt und einem Enderhitzer 25 zugeführt, in welchem eine Erhitzung auf eine Temperatur von 120 bis 320°C stattfindet. Das auf diese Weise erhitzte Kondensat sowie der erhitzte Kreislaufstrom werden nacheinander mehreren Kammern k₁–k_n zugeführt, in welchen je ein Teil des Stromes mittels Entspannungsverdampfung verdampft, und der nicht verdampfte Teil, die Sole, der nächsten Kammer zugegeben wird, in welcher eine weitere Verdampfung stattfindet. Der dabei entstehende Dampfstrom wird an Wärmetauschern 24 kondensiert und als Destillat 27 bei einer Temperatur von 40 bis 200°C sowie einem Druck von 0,1 bis 16 bar (a) mittels einer Pumpe 26 aus dem Verdampfer herausgeführt und weiteren Anwendungen zugänglich gemacht. Die dabei freiwerdende Latentwärme wird, wie beschrieben, zur Vorwärmung genutzt.
Zur Erhöhung der Dampfmenge wird ein Teil der aus der letzten Stufe austretenden, nicht verdampften Sole, bei einer Temperatur von 45 bis 210°C und einem Druck von 0,1 bis 19 bar (a) mittels einer Pumpe 29 erneut auf Druck gebracht und im Vormischer 22 mit dem Kondensat 20 gemischt und gekühlt und über den Wärmetauscher 24 und dem Enderhitzer 25 erneut dem Verdampfungsprozess zugeführt. Der nicht im Kreislauf geführte Teil der Sole 31 wird dem System entzogen und kann weiteren Verfahrensschritten (nicht dargestellt) zugänglich gemacht werden. Bei ausreichend hohem Heizwert bietet sich eine öl- oder gasgestützte Verbrennung an. Ansonsten ist eine anderweitige Entsorgung notwendig. Vorteilhaft können die in der Sole gelösten Salze, welche bei chlorhaltigen Einsatzmaterialien hauptsächlich aus Ammoniumchlorid bestehen, zurückgewonnen werden. Hierfür eignen sich Kristallisatoren oder Trockner (nicht dargestellt).
Es existiert ein wärmetechnischer Zusammenhang zwischen der Destillattemperatur und der Temperatur des einströmenden Kondensates in die Verdampfungseinrichtung, wobei die Kondensattemperatur immer kleiner als die Destillattemperatur sein sollte. Diese Temperaturdifferenz muss dabei umso größer sein je höher die Temperaturspanne zwischen Enderhitzer und der letzten Verdampfungskammer ist, je größer die Rückführrate und je kleiner die Anzahl an Verdampferstufen ist. Da auch bei der mehrstufigen Entspannungsverdampfung keine vollständige Wärmerückgewinnung möglich ist, wird hierdurch überschüssige Wärme aus dem Verdampfungsprozess größtenteils entzogen und zum Vorwärmen des Kondensates genutzt. Einen weiteren Abwärmestrom stellt die ausgeschleuste Sole dar. Sind die Anforderungen an den Prozess derart, dass diese Mindesttemperaturdifferenz nicht gewährleistet werden kann, muss die Wärme anderweitig aus dem Kreislauf entnommen werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die rückgeführte Sole vor der Zugabe in den Vormischer 22 mit Hilfe eines Wärmetauschers (nicht dargestellt) gekühlt wird.
Zur Vermeidung von Siedeblasen muss die Druckerhöhung durch die Pumpen 21 und 29 so hoch sein, dass der Druck nach der Erhöhung größer als der Dampfdruck des Kondensates nach der Enderhitzung 25 ist, sowie vorteilhaft größer als der Dampfdruck des Kondensates bei der Temperatur mit welcher das Heizmedium in den Enderhitzer strömt. Typische Drücke liegen im Bereich von mindestens 2 bar bis 100 bar (ü).
Während des Entspannungsvorgangs können sich nichtkondensierbare Verbindungen in den Kammern der Verdampfungseinrichtung anreichern. Insbesondere in der letzten Stufe, sowie bei Bedarf in einer bestimmten Anzahl auch in vorherigen Stufen, müssen diese durch geeignete Maßnahmen aus dem Prozess entfernt werden. Dies wird mittels eines Gebläses 32 realisiert, mit welchem es zudem möglich ist im System einen Unterdruck einzustellen, sodass Soletemperaturen unter 100 °C möglich sind. Alternativ können bei Prozessüberdruck Ablassventile (nicht dargestellt) genutzt werden. Bevorzugt können die abgelassenen Gase in einer Brennkammer 33 thermisch entsorgt werden. Es ist daher von Vorteil, das Kondensat zum Zwecke einer Entgasung vor Eintritt in den Vormischer vorzubehandeln (nicht dargestellt). Hierfür können Stripping Verfahren (mit Dampf oder anderweitigen Gasen) genutzt werden. Vorteilhaft kann das Kondensat bei erhöhter Temperatur einer teilweisen Vorverdampfung mittels Entspannungsverdampfung (In-Situ-Stripping) unterzogen werden. Hierdurch können nichtkondensierbare gelöste Gase und sonstige leichtflüchtige Stoffe (z.B. einige Ammoniumsalze) bereits, zumindest teilweise, vorab abgeschieden werden. Dieser Schritt kann auch dazu verwendet werden, die Temperatur im Kondensat zu verringern, um z. B. niedrigere Destillattemperaturen zu ermöglichen.
Durch eine Anpassung des Kondensat-pH-Wertes kann die Zusammensetzung der Dampfphase angepasst werden. Stellt man pH-Wert auf über 10 bis 12 ein, kann man verhindern, dass Cyanide in den Dampf übergehen. Zu diesem Zwecke kann dem Kondensat über die Leitung 34 ein pH-Wert-erhöhendes Medium, wie z.B. Natronlauge, zugegeben werden.
Das Destillat kann in einem Vorwärmer 35 erhitzt und als Speisewasser für einen Dampferzeuger 36 zur Erzeugung von Prozessdampf 38 genutzt werden, wobei als Verdampfungswärme die Abwärme einer chemischen Reaktion der Synthesegase 37 verwendet wird.
2 stellt eine Verfahrensvariante dar, in welcher die Entgasung des Kondensates im Verdampfer integriert ist.
Während der Verdampfer bei dem in 1 gezeigten Verfahren aus nur einem Teil mit einer Vielzahl an Kammern k₁–k_n besteht, in welchem die Wärme zurückgewonnen wird, besteht der in 2 gezeigte Verdampfer im Wesentlichen aus einem Wärmerückgewinnungsteil 40 mit einer Vielzahl an Kammern n₁–n_n und einem Kühlungsteil 39 mit einer Vielzahl an Kammern m₁–m_n. Das Kondensat wird über die Kondensatleitung 41 und eine Pumpe 42 durch die Wärmetauscherrohre 49 des Kühlungsteils geleitet, wobei ein Teilstrom über die Leitung 43 sowie entsprechender Pumpe 44 und bei Bedarf zusätzlich durch einen Wärmetauscher nicht eingezeichnet der Leitung 18 zugegeben wird und der andere Teil über eine Speiseleitung 45 in die letzte Kammer des Wärmerückgewinnungsteils gegeben wird, wodurch eine Vermischung mit der im Kreislauf geführten aufkonzentrierten Sole stattfindet. Auf diese Art und Weise wird die Entgasung des Kondensates in der letzten Stufe ermöglicht, so dass ein separater Vormischer 22, wie er in 1 gezeigt ist, eingespart werden kann. Vorteilhaft liegt die Eintrittstemperatur des Kondensates in die letzte Stufe des Kühlungsteils auf dem gleichen Niveau wie die Temperatur der Sole in der letzten Stufe des Kühlungsteils. Hierdurch wird ein thermischer Schock vermieden wird, welcher zur Zersetzung von Carbonatsalzen und damit einhergehend zur Bildung von Ablagerungen und Austritt von CO₂ führen kann. Die Angleichung der Temperatur kann durch Anpassen des Massenstromes in der Leitung 43 realisiert werden.
Der gemeinsame Strom von Kondensat und Sole wird aus der letzten Stufe des Kühlungsteils mittels einer Pumpe 46 auf einen erhöhten Druck gebracht, über die Leitung 47 durch die Wärmetauscherrohre 48 des Wärmerückgewinnungsteils 40 geführt und in einem Enderhitzer 25 auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Der auf diese Weise erhitzte Strom wird nacheinander mehreren Kammern n₁–n_n des Wärmerückgewinnungsteils und danach mehreren Kammern m₁–m_n des Kühlungsteils zugeführt, in welchem je ein Teil des Stromes mittels Entspannungsverdampfung verdampft, und der nicht verdampfte Teil, die Sole, der nächsten Kammer zugegeben wird, in welcher eine weitere Verdampfung stattfindet. Der dabei entstehende Dampfstrom wird an Wärmetauschern 48 bzw. den Wärmetauschern 49 kondensiert und als Destillatstrom 27 mit einer Temperatur von 40 bis 200°C sowie einem Druck von 0,1 bis 16 bar (a) über die Pumpe 26 aus dem Verdampfer herausgeführt. Die dabei freiwerdende Latentwärme wird im Wärmerückgewinnungsteil zur Vorwärmung der rückgeführten Sole und des Kondensatstroms genutzt und im Kühlungsteil zur Vorwärmung des Kondensats genutzt. Aus der letzten Stufe des Kühlungsteils kann über die Pumpe 31 und die Leitung 30 überschüssige Sole aus dem Kreislauf entfernt werden.
Die Druckerhöhung mit der Pumpe 42 sollte derart geschehen, dass das Kondensat in den Wärmetauschern 49 nicht zu sieden beginnt und der Druck nach den Wärmetauschern größer als der Druck in der letzten Kammer des Kühlungsteils ist. Bei der Kreislaufführung mittels der Pumpe 46 ist zu berücksichtigen, dass der Druck nach der Erhöhung größer als der Dampfdruck des Kondensates nach der Enderhitzung 25 ist, sowie vorteilhaft größer als der Dampfdruck des Kondensates bei der Temperatur mit welcher das Heizmedium in den Enderhitzer strömt. Typische Drücke liegen im Bereich von mindestens 2 bar bis 100 bar (a).
Insbesondere in der letzten Stufe des Kühlungsteils können sich nichtkondensierbare Gase anreichern. Diese werden mittels eines Gebläses 32 aus dieser abgezogen und bevorzugt in einer Brennkammer 33 thermisch entsorgt. Alternativ kann das Gebläse bei Prozessüberdruck durch ein Ablassventil ersetzt werden. Bei Bedarf können auch in einigen vorherigen Kammern entsprechende Ablassvorrichtungen vorgesehen werden.
Durch Anpassung des Kondensat-pH-Wertes kann die Zusammensetzung der Dampfphase angepasst werden. Stellt man pH-Wert auf über 10 bis 12 ein, kann man verhindern, dass Cyanide in den Dampf übergehen. Zu diesem Zwecke kann dem Kondensat (analog der in 1 gezeigten Variante) über die Leitung 34 ein pH-Wert-erhöhendes Medium zugegeben werden.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Vergaser
2: Kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial
3: Vergasungsmittel
4: Asche
5: Gasleitung
6: Gas/Feststoffabtrennung
7: Feststoffe/Staub
8: Teerentfernung
9: Wärme oder Sauerstoff
10: Teer
11: Wärmetauscher
12: Wärmetauscher
13: Wäscher
14: Wäscher
15: Säure- oder Basezugabe
16: Fest/Flüssig Abtrennung
17: Abfallstrom
18: Leitung
19: Pumpe
20: Speiseleitung
21: Speisepumpe
22: Vormischer
23: Verdampfer
24: Wärmetauscher
25: Enderhitzer
26: Destillatpumpe
27: Destillatleitung
28: Solerückführleitung
29: Kreislaufpumpe
30: Soleaustragspumpe
31: Soleaustragsleitung
32: Gebläse
33: Brennkammer
34: Basezugabe
35: Wärmetauscher
36: Dampferzeuger
37: Wärmetauscher
38: Prozessdampf
39: Verdampfer-Kühlungsteil
40: Verdampfer-Wärmerückgewinnungsteil
41: Kondensatleitung
42: Kondensatpumpe
43: Leitung
44: Pumpe
45: Speiseleitung
46: Kreislaufpumpe
47: Solerückführleitung
48: Wärmetauscher
49: Wärmetauscher
k₁–k_n: Kammer
n₁–n_n: Kammer
m₁–m_n: Kammer

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

GB 2198744 [0005]
EP 0200259 [0006]
EP 0012456 [0007]
DD 215067 [0008]
DE 69724825 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

T.A. Milne, Biomass Gasifier “Tars”: Their Nature, Formation, and Conversion, National Renewable Energy Laboratory, 1998 [0003]
Teislev, B. “Harboøre – Woodchips updraft gasifier and 1500 kW gasengines operating at 32% power efficiency in CHP configuration”, Babcock & Wilcox, Volund, 2002 [0010]

Claims

Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas mit einer Vergasungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine mehrstufige Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) aufweist und die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) mindestens eine Erwärmungseinrichtung (25) für das Kondensat aufweist in welcher das Kondensat unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmbar ist und die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) mehrere Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) und mindestens einen Wärmetauscher (24, 48, 49) aufweist und durch diese Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) das durch die Erwärmungseinrichtung (25) erwärmte Kondensat im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung (25) leitbaren Kondensat führbar ist, wobei in diesen Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) das erwärmte Kondensat durch Entspannungsverdampfung zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand überführbar ist und das daraus resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher (24, 48, 49) zum Wärmeübertrag auf das zur Erwärmungseinrichtung (25) leitbare Kondensat zuführbar ist, wobei das gasförmige Medium in dem Wärmetauscher (24, 48, 49) unter Bildung eines Destillats auf eine vorgegebene Temperatur abkühlbar ist und in flüssigem Zustand aus dem Wärmetauscher (24, 48, 49) abführbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) eine der Vergasungseinrichtung (1) nachgeschaltete Reinigungseinrichtung (6, 8, 11, 12, 13, 14) für das Synthesegas aufweist, wobei die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) bevorzugt derart mit der Reinigungseinrichtung (6, 8, 11, 12, 13, 14) verbunden ist, dass der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) in der Reinigungseinrichtung (6, 8, 11, 12, 13, 14) anfallendes Kondensat zuführbar ist.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Bewegungsrichtung des Kondensats der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) folgend eine Teilungseinrichtung für Flüssigkeiten aufweist, mittels ein Teil der aus der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) austretende Flüssigkeit mit dem in der Reinigungseinrichtung (6, 8, 11, 12, 13, 14) anfallenden Kondensat vereinigbar ist und erneut in die Verdampfungseinrichtung führbar ist und ein anderer Teil der aus der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) austretenden Flüssigkeit aus der Anlage abführbar ist.
Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wobei das Kondensat bei einer Kühlung und und/oder Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n), mindestens einem Wärmetauscher (24, 48, 49) und mindestens einer Erwärmungseinrichtung (25) für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung (25) unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung (25) strömenden Kondensat wenigstens einer der Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und wobei das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher (24, 48, 49) zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung (25) strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise, insbesondere unter Bildung eines Destillats verflüssigt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in den Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Verdampfungseinrichtung abgeführt wird und mit dem bei der Kühlung und Reinigung des Synthesegases entstehenden Kondensat vereint und erneut in die Verdampfungseinrichtung geleitet wird und ein anderer Teil des in den Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Anlage abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Destillat für die Erzeugung von Prozessdampf genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessdampf als Vergasungsmittel für die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Dampferzeugung Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat vor der Verdampfung bevorzugt mit Dampf, besonders bevorzugt in situ durch Entspannungsverdampfung gestrippt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensat zur Regelung der Entspannungsverdampfung pH-Wert erhöhende Stoffe beigemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme für die Erwärmung des Kondensats in der Erwärmungseinrichtung (25) direkt oder indirekt aus Prozessen abgeführt wird, welche ein Abkühlen des Synthesegases verursachen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kammern (k₁–k_n, n₁–n_n, m₁–m_n) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampfte Kondensat einer Wertschöpfung der darin enthaltenen Salze unterzogen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigung des Synthesegases vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Reinigung des Synthesegases eine Feststoffabtrennung und/oder eine Reduzierung des Teergehaltes erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigung des Kondensats durchgeführt wird.