DE102014218563A1 - Waschwasser-Kreislauf aus Wäschervorlagen mit Hydrozyklon - Google Patents

Abstract

Für die Wäschervorlagen von Vergasungsanlagen, die oberhalb von Atmosphärendruck betrieben werden, wird vorgeschlagen, mittels einer Vorabscheidung Feststoff-abgereichertes Waschwasser zu gewinnen, das im Kreislauf gepumpt als zusätzliches Waschwasser zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß ist eine Erhöhung der zur Verfügung stehenden Waschwassermengen gegeben, wobei eine Entspannung und der Energieaufwand für das Anheben des Kreislaufwassers auf Prozessdruck vermieden wird, wobei übermäßiger Mehrverschleiß an den Düsen nicht auftritt, wobei der Mehraufwand an Energie für das zusätzlich gewonnene Waschwasser unterproportional ist und wobei die Kapazität und Größe des Flash-Systems gegebenenfalls reduziert werden können.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Waschwasser-Kreislauf in einer Asche-haltige Brennstoffe unter erhöhtem Verfahrensdruck zu einem Syntheserohgas vergasenden Vergasungseinrichtung.
• Bei der Flugstromvergasung von Kohlen werden die den Reaktionsraum verlassenden heißen Rohgase und die flüssige Schlacke im Quenchraum durch die Eindüsung von Quenchwasser schlagartig gekühlt. Das den Quenchraum verlassende gekühlte Rohgas wird in einer ein- oder mehrstufigen Venturi-Wäsche mit dem Waschwasser aus der Endabscheiderstufe gereinigt, ehe es über einen nachgeordneten Wäscher / Abscheider an die nachgeschalteten Anlagen abgegeben wird, der mit Gaskondensat, Waschwasser oder Frischwasser betrieben wird. Bei der Quenchung wie auch bei den Wäschen fallen Waschwässer an, die den Großteil der abgeschiedenen Feststoffe, wie Feinschlacke, Asche, Ruß und Restkohle, in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. Diese Wässer müssen vor ihrer Wiederverwendung von den Feststoffen separiert werden, was in einer Rußwasser-Reinigung oder einer vergleichbaren Feststoffabscheidung erfolgt. Zu diesem Zweck müssen die Wässer auf Umgebungsdruck entspannt und gekühlt werden und nach der Reinigung wieder auf den Vergasungsdruck von beispielsweise 4 MPa gebracht werden. Die Mengen an verwendetem Waschwasser und an überschüssigem Quenchwasser bestimmen daher die Größe dieser Rußwasser-Reinigungsstufe.
• Die Quenchung und die Wäsche werden zum Großteil mit diesen gereinigten und geklärten Kreislaufwässern oder feststoffarmen Gaskondensaten durchgeführt, deren verfügbare Waschwassermenge begrenzt ist. Zusätzliche notwendige Kreislaufwassermengen erhöhen die erforderliche Kapazität und Größe der Rußwasser-Reinigung und damit die Invest-Kosten sowie den Platzbedarf und den Energiebedarf für die Kreislaufwasserrückführung.
• Bei der bisherigen Gestaltung der Quenchung und Rohgaswäsche wurde davon ausgegangen, dass nur das in der Rußwasser-Reinigung behandelte Kreislaufwasser, Gaskondensat und Waschwasser aus der Endabscheiderstufe sowie das zu ergänzende Frischwasser für die Gasreinigung zur Verfügung steht.
• Eine Erhöhung der Waschwassermengen war stets gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Kapazität der Rußwasser-Reinigung und verbunden mit erhöhtem Aufwand für die Rückführung des Kreislaufwassers.
• Der Versuch, die Venturiwaschwässer als Quenchwasser intern zu nutzen führt auf Grund der sehr hohen Partikelbeladung zu Auswaschung und Lebensdauerreduzierung der Quenchdüsen, Quenchwasser -Regelventile und -Pumpen, so dass sich diese Reduzierungsmaßnahme verbietet.
• In der DE 102010040493 wurde bereits für einen Flugstromreaktor zur Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken oberhalb Atmosphärendruck bis 10 MPa ein Prozesswasser-Kreislauf vorgeschlagen, bei dem Rußwasser unter Verfahrensdruck in einer Druckfiltrationseinheit in Reinwasser und Filterkuchen getrennt wird und der Filterkuchen zyklisch auf Atmosphärendruck ausgeschleust wird.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Prozesswasser-Führung in einem Rohgas-Wäscher einer Vergasungseinrichtung derart weiterzubilden, dass eine erhöhte Menge an Prozeßwasser in dem Rohgas-Wäscher unter Vermeidung von Entspannung und Wiederbespannung, ohne übermäßigen Mehrverschleiß an den Düsen sowie mit unterproportionalem Mehraufwand an Energie zu Verfügung steht.
• Das Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung bietet eine Mehrfach-Nutzung des Waschwassers in einem Rohgas-Wäscher einer Asche-haltige Brennstoffe unter erhöhtem Verfahrensdruck zu einem Syntheserohgas vergasenden Vergasungseinrichtung ohne dass sich die ausgewaschenen Partikel im Waschwasser vollständig akkumulieren sowie unter Vermeidung von Entspannung und Wiederbespannung. Es ist ein aufwandarmer Waschwasser-Kreislauf mit erhöhter Waschwassermenge in dem Rohgas-Wäscher gegeben.
• Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass es in der Quencherstufe (1) wie auch die nachfolgenden Waschstufen (1) Bereiche gibt, in dem das frische Waschwasser oder das Quenchwasser mit hohem Druck fein verdüst oder verteilt wird und Bereiche, in denen mit geringem Vordruck und somit mit großen Tropfen eine Nachwäsche (8) realisiert ist. Für diese Wäschen (8) werden keine sehr reinen Waschwässer, wie zum Beispiel Gaskondensate oder Kreislaufwasser aus der Rußwasser-Reinigung, benötigt. Die zur Feststoffabscheidung abgezogenen beladenen Waschwässer (2) können nicht direkt für eine solche zusätzliche Waschstufe (8) genutzt werden. Hierzu werden die Wässer einer Vorabscheidung (3) aber auch Vorklassierung (9) unterzogen, die vorzugsweise ohne größere Einbauten ausgestaltet ist. Die Vermeidung solcher Einbauten wirkt der Neigung zu Ablagerungen oder Verkrusten entgegen.
• Erfindungsgemäß ist die Vorabscheidung durch einen Hydrozyklon (3) gegeben, der so in den jeweiligen Behälterablauf (2) integriert ist, dass der Zyklonzulauf vom Wäscher oder Quencher (1) gespeist wird, der Feststoff-angereicherte Unterlauf (5) den Prozess verlässt, wohingegen der Feststoffarme Oberlauf (6) über eine Pumpe (7) in Feststoffresistenter Bauart für einen zusätzlichen Waschkreislauf (8) zur Verfügung steht. Die Pumpe (7) und deren Zulaufhöhe sind so ausgelegt, dass es durch den Druckverlust in dem Zyklon (3) nicht zu Kavitation in der Pumpe kommt.
• Die Nutzung der so gewonnenen zusätzlichen Wässer für die Nachwäsche (8) bei geringem Verdüsungsdruck hat den Vorteil, dass robuste Pumpen (7) als Waschwasserkreislaufpumpen für geringe Förderhöhen eingesetzt werden können, deren Verschleiß und deren Energiebedarf gering sind. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass keine Feststoffabtrennung über Entspannungskühlung auf Umgebungsdruck und Pumpung wieder auf Betriebsdruck notwendig ist. Die Pumpe muss also den hohen Vergasungsdruck nicht überwinden.
• Da für diese Gaswäschen (8) keine hohen Zerstäubungsdrücke notwendig sind, wird auch der Verschleiß an den Düsen gering gehalten. Dennoch empfiehlt es sich, Düsen aus verschleißresistentem Material einzusetzen.
• Bezüglich der Quenchergestaltung kann durch das so erzielte höhere Wasserangebot auf einen Teil des Quenchwasser-Überschusses verzichtet werden und somit die Kapazität und Größe des Flash-Systems reduziert werden.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 den erfindungsgemäßen Waschwasser-Kreislauf für einen Wäscher (1) mit Entnahmehaube (9) und Gaswäsche (8) und
• 2 eine Ansicht des eingesetzten Hydrozyklons (3).
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
• Erfindungsgemäß ist eine Kreislaufführung von Prozesswässern in einem Rohgas-Wäscher (1) eines Flugstromreaktors für die Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken oberhalb Atmosphärendruck bis 10 MPa zu Rohgas gegeben, bei der die Feststoff-ärmeren Waschwässer aus einer Gasreinigungsstufe oder der Quenchung (1) für eine zusätzliche oder ergänzende Rohgaswäsche im Quencher oder für Wäschen oder Spülungen (8) in nachgeschalteten Rohgaswäschern genutzt werden. Hierbei werden dem Ablauf (2) eines Wäschers oder eines Quenchers (1) die Waschwässer über einen dynamischen Vorabscheider in Form eines Hydrozyklons (3) als Wasser mit reduziertem Feststoffgehalt entnommen und mittels Pumpe (7) in feststoffresistenter Bauart der jeweiligen Waschstufe (8) oder Spülung zugeführt.
• Die für die Nutzung der verschmutzen, in hohem Maße Feststoff-beladenen Waschwässer dynamische Vorabscheidung wird erreicht durch den Einbau eines Zyklons (3) in den Ablauf der Wachwässer (2), wobei der Oberlauf (6) das Feststoffreduzierte Wasser abführt, welches als Zulauf zur Saugseite der Waschwasserkreislaufpumpe (7) dient. Dem Hydrozyklon (3) wird über seinen Zulauf (2), der in seinem oberen Viertel angeordnet ist, Feststoff-beladenes Waschwasser tangential zugeführt. In dem sich konisch nach unten verjüngenden Gehäuse des Hydrozyklon bildet sich ein rotierender Wirbel aus, wobei die Feststoffe mit Masse zum Unterlauf (5) absinken. Waschwasser, das um die abgesunkenen Feststoffe abgereichert ist, wird über den Oberlauf (6) abgezogen.
• Die Entnahme des in hohem Maße Feststoff-beladenen Wassers aus dem Wäscher/Quencher (1) ist so gestaltet, dass vor der Entnahmeöffnung der Rohrleitung (2), die vertikal nach unten gerichtet ist, eine Aufwärtsströmung erzeugt wird, die durch eine Entnahmehaube (9), deren Querschnitt sich nach unten hin auch erweitern kann, eine geringe Geschwindigkeit erfährt (Aufstromklassierer). Diese Aufwärtsströmung mit geringer Geschwindigkeit bewirkt eine Vorabscheidung dahingehend, daß grobe Partikel von vorne herein nicht aus dem Sumpf der Wäscher/Quencher (1) ausgetragen werden.
• Der Sumpf ist durch ein Wasserbad im Unterteil der Wascheinrichtung (1) gegeben. Das Feststoff-beladene Waschwasser (13) aus dem Sumpf der Wascheinrichtung (1) und das Feststoffangereicherte Waschwasser (5) aus dem dynamischen Vorabscheider (3) werden der Rußwasser-Reinigung zugeführt.
• Bezugszeichenliste

1

Quencher, Wäscher, Syntheserohgas-Wascheinrichtung

2

Fallleitung, Behälterablauf Partikel-beladene Waschwässer, Ablauf Wäschersumpf

3

dynamische Vorabscheidung, Zyklonentnahme, Hydrozyklon

4

5

Partikel-angereicherter Unterlauf

6

Partikel-armer Oberlauf, Querstrom

7

Waschwasserkreislaufpumpe, Pumpe in feststoffresistenter Bauart

8

zusätzlicher Waschkreislauf, Nachwäsche, Gaswäsche, Wäschen oder Spülungen

9

Entnahmehaube, Vorklassierung, Aufstromklasierung

10

11

Zugang Rohgas

12

Abgang Rohgas

13

Abgang Sumpf des Wäschers (1) zur Russwasser-Reinigung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010040493 [0007]

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Kreislaufführung von Prozesswässern in einem Rohgas-Wäscher eines Vergasungsreaktors für die Vergasung von festen und flüssigen Brennstoffen bei Vergasungstemperaturen bis 1850°C und Verfahrensdrücken oberhalb Atmosphärendruck bis 10 MPa zu Rohgas, wobei die Kreislaufführung folgende Einrichtungen enthält: – einen Ablauf (2) für Partikel-beladenes Waschwasser aus dem Sumpf am Boden des Rohgas-Wäschers (1), – Zuführung in den Zulauf eines Hydrozyklons (3), – Abführung von Partikel-abgereichertem Waschwasser (6) aus dem Hydrozyklon (3) zur Ansaugseite einer Pumpe (7), – Zuführung der Druckseite der Pumpe (7) zur Eindüsung (8) in den Rohgas-Wäscher (1), – Abführung von Partikel-angereichertem Waschwasser (5) aus dem Hydrozyklon (3).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7) eine Feststoff-resistente Bauart aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Rohgas-Wäscher (1) durch einen Quencher gegeben ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Prozesswasser-Kreislauf, der so ausgelegt ist, dass Kavitation in der Pumpe (7) vermieden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sumpf am Boden des Rohgas-Wäschers (1) ein Aufstromklassierer (9) angeordnet ist, der mit dem Ablauf (2) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Aufstromklassierers (9) nach unten zunimmt.

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