DE102013110447A1 - Gasification plant and method for stringing its ash sluice - Google Patents
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Abstract
Vergasungsanlage zur Erzeugung eines Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Anlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung des Reaktors mit Vergasungsdampf und zur Versorgung der Druckschleuse mit Bespannungsdampf umfasst, wobei das Dampfsystem so gestaltet ist, dass es Wasserdampf mit unterschiedlichem Druck, Temperatur und Überhitzungsgrad jeweils für die Verwendung als Vergasungsdampf oder Bespannungsdampf liefern kann.Gasification plant for generating a synthesis gas by gasification solid, carbonaceous feedstocks, such as coal or coke, comprising a fixed bed pressure gasification reactor which is connected directly to a pressure lock for discharging the ash, wherein the pressure lock can be spun with water vapor and wherein the plant is a steam generating plant for the supply Reactor with gasification steam and for supplying the pressure lock with tension steam, wherein the steam system is designed so that it can supply water vapor with different pressure, temperature and superheat degree each for use as gasification steam or string steam.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vergasungsanlage zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf und Sauerstoff bestehenden Vergasungsgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Vergasungsanlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung mit Wasserdampf als Vergasungsdampf für die Erzeugung des Prozessgases und als Bespannungsdampf für das Bespannen der Druckschleuse umfasst.The invention relates to a gasification plant for producing a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen by gasification of solid, carbonaceous feedstocks, for example of coal or coke, with a gasification gas consisting essentially of water vapor and oxygen to form a solid or partially solid, non-flowable ash, comprising one Fixed-bed pressure gasification reactor, which is connected directly to a pressure lock for discharging the ash, wherein the pressure lock is covered with water vapor and wherein the gasification plant comprises a steam generating plant for supplying steam as gasification steam for the production of the process gas and as a covering steam for covering the pressure lock.
Stand der TechnikState of the art
Anlagen zur Festbettkohlevergasung sind im Stand der Technik bereits ausführlich beschrieben worden. Das Kernstück wird dabei in vielen Fällen von einem oder mehreren Lurgi-Festbettdruckvergasungsreaktoren gebildet, wie sie in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, Vol. 15, S. 369,
In einem derartigen Reaktor wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie z.B. Kohle oder Koks, in einem Festbett bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur unter Zugabe von Sauerstoff und Wasserdampf zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktgas vergast. Die Temperatur des als Vergasungsmittel zugeführten Dampfs beträgt dabei typischerweise 400 °C. Der Arbeitsdruck des Vergasers beträgt typischerweise bis zu 40 bar. Das Rohsynthesegas verlässt den Vergaser in dessen oberem Bereich mit einer Temperatur von typischerweise 400 bis 600 °C. Bei der Vergasung entsteht als Nebenprodukt eine feste oder weitgehend feste, nicht fließfähige Asche, die über einen Drehrost sowie über eine Druckschleuse aus dem Vergasungsreaktor ausgetragen wird, da der Reaktor unter einem erhöhten Betriebsdruck von beispielsweise 40 bar steht. Im Folgenden wird diese dem Ausleiten der Asche dienende Druckschleuse als Ascheschleuse bezeichnet. Das Entleeren der Ascheschleuse erfolgt dabei nach deren Entspannung auf Umgebungsdruck.In such a reactor, carbonaceous fuel, such as e.g. Charged coal or coke, in a fixed bed at elevated pressure and elevated temperature with the addition of oxygen and water vapor to a carbon monoxide and hydrogen-containing product gas. The temperature of the vapor supplied as a gasification agent is typically 400 ° C. The working pressure of the carburettor is typically up to 40 bar. The raw synthesis gas leaves the carburetor in its upper region with a temperature of typically 400 to 600 ° C. During the gasification, a solid or largely solid, non-flowable ash is produced as a by-product, which is discharged from the gasification reactor via a rotary grate and via a pressure lock, since the reactor is under an increased operating pressure of, for example, 40 bar. In the following, this is the discharge of the ash serving pressure lock referred to as ash sluice. The emptying of the ash sluice takes place after its relaxation to ambient pressure.
Zum erneuten Befüllen der Ascheschleuse muss diese zunächst wieder auf den Betriebsdruck des Festbettdruckvergasungsreaktors gebracht werden. Dabei wird zur erneuten Bespannung der Ascheschleuse ein Teilstrom des Dampfes verwendet, der als Vergasungsdampf für den Vergasungsprozess in den Vergasungsreaktor eingespeist wird. Bei der Qualität dieses Dampfes hinsichtlich Druck und Temperatur muss ein Kompromiss zwischen den Bedürfnissen des Vergasungsprozesses und dem Betrieb der Ascheschleuse gefunden werden.To refill the ash sluice, it must first be returned to the operating pressure of the fixed bed pressure gasification reactor. In this case, a partial flow of the steam is used for re-covering the ash sluice, which is fed as gasification steam for the gasification process in the gasification reactor. The quality of this steam in terms of pressure and temperature requires a compromise between the needs of the gasification process and the operation of the ash sluice.
Um den Vergasungsprozess mit hoher Produktgasausbeute zu betreiben, wird eine möglichst hohe Temperatur für diesen Dampf angestrebt. Je höher die Dampftemperatur des Vergasungsdampfes ist, umso geringer ist der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.In order to operate the gasification process with high product gas yield, the highest possible temperature for this vapor is sought. The higher the steam temperature of the gasification steam, the lower the coal consumption for achieving the process temperature required for the gasification reaction.
Für die Ascheschleuse ist dagegen eine hohe Dampftemperatur ungünstig, da sie die Herstellung der Schleuse technisch aufwendiger und damit teurer macht, als es für die eigentliche Aufgabe der Schleuse, d.h. die Aufnahme und Ausschleusung der Asche, notwendig wäre. Es müssen dann hochtemperaturbeständige, teure Werkstoffe verwendet werden.For the ash sluice, on the other hand, a high steam temperature is unfavorable, since it makes the production of the lock technically more complicated and therefore more expensive than it would be for the actual function of the lock, i. the intake and discharge of the ashes would be necessary. It must then be used high temperature resistant, expensive materials.
Es bestand daher die Aufgabe, eine Anlage und ein Verfahren zum Bespannen der Ascheschleuse eines Festbettdruckvergasungsreaktors zur Verfügung zu stellen, die einerseits die Ausgestaltung der Ascheschleuse unter Verwendung preisgünstiger Werkstoffe gestattet. Andererseits soll ein energieeffizienter Betrieb des vorgeschalteten Vergasungsreaktors gewährleistet werden. It was therefore an object to provide a system and a method for covering the ash sluice a fixed-bed pressure gasification reactor available, on the one hand allows the design of the ash sluice using inexpensive materials. On the other hand, an energy-efficient operation of the upstream gasification reactor is to be ensured.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Anlage zur Erzeugung eines hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehenden Synthesegases durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe, beispielsweise von Kohle oder Koks, mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, umfassend einen Festbettdruckvergasungsreaktor, der direkt mit einer Druckschleuse zum Austragen der Asche verbunden ist, wobei die Druckschleuse mit Wasserdampf bespannbar ist und wobei die Anlage eine Dampferzeugungsanlage zur Versorgung des Reaktors mit Vergasungsdampf und zur Versorgung der Druckschleuse mit Bespannungsdampf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage so gestaltet ist, dass sie Wasserdampf mit mindestens zwei verschiedenen Drücken, Temperaturen und Überhitzungsgraden jeweils für die Verwendung als Vergasungsdampf oder Bespannungsdampf liefern kann.According to the invention, this object is achieved according to
Durch die Trennung der Dampfversorgung für den Vergasungsprozess und für die Bespannung der Ascheschleuse kann für den Vergasungsprozess eine günstigere, d. h. höhere Dampftemperatur gewählt werden. So wird z. B. durch die Erhöhung der Dampftemperatur von 400 auf 470 °C der Sauerstoffbedarf zur Vergasung von bituminöser Kohle um 5 % gesenkt. Gleichzeitig sinkt der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.By separating the steam supply for the gasification process and for the covering of the ash sluice for the gasification process can be a cheaper, d. H. higher steam temperature can be selected. So z. B. by increasing the steam temperature from 400 to 470 ° C, the oxygen demand for the gasification of bituminous coal by 5%. At the same time, coal consumption decreases to achieve the process temperature required for the gasification reaction.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der ErfindungFurther preferred embodiments of the invention
In einer besonders geeigneten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Dampferzeugungsanlage zwei unabhängig voneinander betreibbare Dampferzeuger, wobei einer der Erzeugung des Vergasungsdampfs für die Vergasungsreaktion und der andere der Erzeugung des Bespannungsdampfs zur Bespannung der Ascheschleuse dient. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für die jeweilige Aufgabe optimierte Dampferzeuger eingesetzt werden können, und dass diese unabhängig voneinander betreibbar sind. So kann der Dampferzeuger zur Erzeugung des Bespannungsdampfes für die Ascheschleuse aufgrund der hierbei benötigten, kleineren Dampfvolumenströme erheblich kleiner ausgestaltet werden als der der Erzeugung des Prozessdampfs dienende Dampferzeuger. Ferner kann der Dampferzeuger zur Erzeugung des Bespannungsdampfes für die Ascheschleuse während eines Großteils der Betriebsdauer der Vergasungsanlage außer Betrieb genommen werden, da er nur während der Bespannung der Ascheschleuse benötigt wird.In a particularly suitable embodiment of the invention, the steam generating plant comprises two steam generators which can be operated independently of one another, one of the generation of the gasification steam for the gasification reaction and the other of the generation of the steam covering the covering of the ash sluice. This refinement has the advantage that steam generators optimized for the respective task can be used, and that these can be operated independently of one another. Thus, the steam generator for generating the string steam for the ash sluice can be made considerably smaller than that of the generation of the process steam serving steam generator due to the required here, smaller steam flow rates. Furthermore, the steam generator can be taken out of service to produce the string steam for the ash sluice during most of the service life of the gasification plant, since it is needed only during the ash sluice.
Da in die Vergasungsdampfleitung in vielen Fällen Luft und/oder Sauerstoff als zusätzliches Oxidations- und Vergasungsmittel eingespeist wird, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Dampferzeuger für den Vergasungsdampf mit einem Dampferhitzer zur Überhitzung des Dampfes ausgestattet. Auf diese Weise kann eine Kondensation des Dampfes auf der Leitungsstrecke zum Vergasungsreaktor vermieden werden. Ferner wird somit eine zusätzliche Möglichkeit erhalten, die Temperatur des Vergasungsdampfs auf einen zur Durchführung der Vergasungsreaktion besonders günstigen Wert einzustellen.Since in many cases air and / or oxygen are fed into the gasification steam line as additional oxidation and gasification means, in a further embodiment of the invention the steam generator for the gasification steam is equipped with a steam heater for overheating the steam. In this way, condensation of the vapor on the line to the gasification reactor can be avoided. Furthermore, an additional possibility is thus obtained of adjusting the temperature of the gasification steam to a value which is particularly favorable for carrying out the gasification reaction.
In einer kostengünstigen und konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Dampferzeugungsanlage mit nur einem Dampferzeuger ausgestattet, von dem eine Dampfleitung abgeht, die in eine Vergasungsdampf- und eine Bespannungsdampfleitung verzweigt und wobei sich im Verlauf der Bespannungsdampfleitung ein Dampfkühler befindet. Da die Investitions- und Betriebskosten für einen Dampferzeuger zumeist höher zu veranschlagen sind als für einen Dampfkühler, können auf diese Weise signifikante Einsparungen erzielt werden.In a cost-effective and structurally particularly simple embodiment of the invention, the steam generating plant is equipped with only one steam generator, from which a steam line goes, which branches into a gasification vapor and a Bespannungsdampfleitung and wherein there is a steam cooler in the course of Bespannungsdampfleitung. Since the investment and operating costs for a steam generator tend to be higher than for a steam cooler, significant savings can be achieved in this way.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst dieser Dampfkühler eine Wasserzuführung und einen Raum, z. B. eine Sprühkammer oder Quenchkammer, in dem bzw. in der Wasser und Dampf beispielsweise durch Versprühen miteinander in Kontakt gebracht werden und der Dampf somit auf eine für die Verwendung als Bespannungsdampf geeignete Temperatur abgekühlt wird. In a particularly advantageous embodiment, this steam cooler comprises a water supply and a room, for. As a spray chamber or quench, are brought into contact with each other in or in the water and steam, for example by spraying and the steam is thus cooled to a suitable temperature for use as a clothing steam.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ascheschleuse in einer Vergasungsanlage zur Vergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe mit einem im Wesentlichen aus Wasserdampf als Vergasungsdampf und Sauerstoff bestehenden Prozessgas unter Bildung einer festen oder teilweise festen, nicht fließfähigen Asche, wobei die Vergasungsanlage einen Festbettdruckvergasungsreaktor und eine Ascheschleuse beinhaltet, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- (a) Ausleiten der Asche aus dem Festbettdruckvergasungsreaktor in die Ascheschleuse mittels eines Drehrostes bei geöffneter Ascheeintrittsöffnung und geschlossener Ascheaustrittsöffnung,
- (b) Schließen der Ascheeintrittsöffnung, Entspannung der Ascheschleuse auf Umgebungsdruck,
- (c) Öffnen der Ascheaustrittsöffnung, Entleeren der Asche aus der Ascheschleuse,
- (d) Schließen der Ascheaustrittsöffnung, Bespannen der Ascheschleuse mit Bespannungsdampf,
- (e) Öffnen der Ascheeintrittsöffnung, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes.
- (a) discharging the ash from the fixed-bed pressure gasification reactor into the ash sluice by means of a rotary grate with the ash inlet opening open and the ash outlet outlet closed,
- (b) closing the ash inlet opening, relieving the ash sluice to ambient pressure,
- (c) opening the ash outlet, emptying the ash from the ash sluice,
- (d) closing the ash outlet opening, covering the ash sluice with string steam,
- (E) opening the ash inlet opening, wherein the method is characterized in that the temperature of the string vapor is less than the temperature of the gasification vapor.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass die Temperatur des Bespannungsdampfes um mindestens 50 °C, bevorzugt um mindestens 70 °C kleiner ist als die Temperatur des Vergasungsdampfes. The process according to the invention is preferably carried out in such a way that the temperature of the clothing vapor is at least 50 ° C., preferably at least 70 ° C., lower than the temperature of the gasification vapor.
Die Durchführung des Verfahrens ist besonders vorteilhaft, wenn die Temperatur des Bespannungsdampfes höchstens 400 °C beträgt und die Temperatur des Vergasungsdampfes größer als 400 °C ist. Dies gestattet eine preisgünstige Werkstoffauswahl für die Ascheschleuse bei gleichzeitig hoher Vergasungsleistung und energieeffizientem Betrieb des Festbettdruckvergasungsreaktors. So wird z. B. durch die Erhöhung der Dampftemperatur von 400 auf 470 °C der Sauerstoffbedarf zur Vergasung von bituminöser Kohle um 5 % gesenkt. Gleichzeitig sinkt der Kohleverbrauch zum Erzielen der für die Vergasungsreaktion erforderlichen Prozesstemperatur.The implementation of the method is particularly advantageous when the temperature of the string vapor is at most 400 ° C and the temperature of the gasification vapor is greater than 400 ° C. This allows a low-cost selection of materials for the ash sluice with high gasification capacity and energy-efficient operation of fixed-bed pressure gasification reactor. So z. B. by increasing the steam temperature from 400 to 470 ° C, the oxygen demand for the gasification of bituminous coal by 5%. At the same time, coal consumption decreases to achieve the process temperature required for the gasification reaction.
Ausführungs- und ZahlenbeispieleExecution and numerical examples
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of non-limiting examples of execution and numerals. All of the described features alone or in any combination form the invention, regardless of their combination in the claims or their back-reference.
Anhand der Zeichnung soll im Folgenden die Erfindung erläutert werden. Es zeigenReference to the drawing, the invention will be explained below. Show it
Sofern nicht anders vermerkt, sind alle angegebenen Drücke als Absolutdrücke zu verstehen.Unless otherwise stated, all stated pressures are to be understood as absolute pressures.
Nachdem die Ascheschleuse
Nach erfolgter Entspannung wird die Ascheschleuse
Die Dampferzeugungsanlage
In der nachfolgenden Tabelle werden Betriebsparameter für eine Vergasungsanlage zusammengestellt, die mit zwei unterschiedlichen Vergasungsdampftemperaturen betrieben wird.
Es ist deutlich erkennbar, dass eine von 400 °C auf 470 °C erhöhte Vergasungsdampftemperatur zu einem geringeren Sauerstoffverbrauch und zu einer erhöhten Kaltgaseffizienz der Vergasungsanlage führt.It can be clearly seen that a gasification steam temperature increased from 400 ° C. to 470 ° C. leads to lower oxygen consumption and to an increased cold gas efficiency of the gasification plant.
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Durch die Erfindung kann für die Konstruktion der Ascheschleuse eine niedrigere Auslegungstemperatur angesetzt werden, wodurch sich ein Kostenvorteil für den Bau der Ascheschleuse ergibt.By the invention, a lower design temperature can be set for the construction of the ash sluice, resulting in a cost advantage for the construction of the ash sluice.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Festbettdruckvergasungsreaktor Fixed bed pressure gasification reactor
- 22
- Ascheschleuse ash sluice
- 33
- Dampferzeugungsanlage Steam generating plant
- 3a, b3a, b
- Dampferzeuger steam generator
- 44
- Ascheeintrittsöffnung Ash inlet opening
- 55
- Einsatzstoff zur Vergasung Feedstock for gasification
- 66
- Rost rust
- 77
- Festbett fixed bed
- 88th
- Produktgas product gas
- 99
- Dampf-Sauerstoffgemisch Steam oxygen mixture
- 1010
- Asche ash
- 1111
- Ascheaustrittsöffnung Ash outlet opening
- 1212
- Bespannungsdampf upholstery steam
- 1313
- Vergasungsdampf gasification steam
- 13a13a
- Teilstrom Vergasungsdampf Partial stream gasification steam
- 1414
- Luft und/oder Sauerstoff Air and / or oxygen
- 1515
- Kesselspeisewasser Boiler feed water
- 15a, b, c15a, b, c
- Kesselspeisewasser Boiler feed water
- 1616
- Brennstoff und Oxidationsmittel für Dampferzeuger Fuel and oxidizer for steam generators
- 16a, b16a, b
- Brennstoff und Oxidationsmittel für Dampferzeuger Fuel and oxidizer for steam generators
- 1717
- Dampfkühler desuperheaters
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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