DE102015107490A1

DE102015107490A1 - Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Synthesegas und Pyrolyseprodukten aus Kohle unterschiedlicher Körnung

Info

Publication number: DE102015107490A1
Application number: DE102015107490.7A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Surup; Nicolas Spiegl
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-10-20
Also published as: EP3085755A1; ZA201707325B; CN106065338A; CN206219521U; AU2016251332A1; WO2016169661A1

Abstract

Verfahren zur Umwandlung von Kohle in Synthesegas und Nebenprodukten, wie unter anderem Teer und Öl, wobei die Kohle in einen Grob- und einen Fein-Anteil getrennt wird, der Grob-Anteil in einer Festbettdruckvergasung, der Fein-Anteil in einer Pyrolyse verarbeitet wird und die dabei jeweils entstehenden Teer, Öl und Naphtha enthaltenden Produkte zusammengeführt und vermischt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
sDie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Umwandlung von Kohle in Synthesegas, Teer, Öl, Naphtha, Gaskondensat und Asche, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen von Kohle,
b) Trennung der Kohle in einen grobkörnigen und einen feinkörnigen Teil durch Anwendung eines mechanischen Trennverfahrens,
c) Umwandlung des grobkörnigen Teils der Kohle in Synthesegas, Teer, Öl, Gaskondensat und Asche in einer Anlage, umfassend einen ersten Anlagenteil mit einem Festbettdruckvergasungsreaktor, in dem die Kohle unter Einsatz von Sauerstoff und Wasserdampf zu einem hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassenden Rohsynthesegas vergast wird und wobei Asche erzeugt wird, einen zweiten Anlagenteil, der eine an den Reaktor angeschlossene Anlage zur Kühlung und Wäsche des Rohsynthesegases umfasst, die gekühltes Synthesegas und mit Teer und Öl beladenes Gaskondensat erzeugt und einen dritten Anlagenteil zur mechanischen Abtrennung von Teer und Öl aus dem Gaskondensat, wobei ein überwiegend teerhaltiger Produktstrom, ein überwiegend ölhaltiger Produktstrom, ein überwiegend staub- und teerhaltiger Produktstrom und ein von Teer und Öl abgereicherter Gaskondensatstrom zur weiteren Verarbeitung aus dem dritten Anlagenteil ausgeleitet wird.

Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist bekannt. Es ist grundsätzlich in Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Gas Production, Chapter 4.4 beschrieben. Der im Fachjargon “Teerscheider” genannte Anlagenteil zur mechanischen Abtrennung von Teer und Öl aus dem Gaskondensat ist in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 14, Kohle, Gaserzeugung, Kap. 6.1.1 beschrieben.
Voraussetzung für die störungsfreie Funktion des Verfahrens ist es, dass das Bett des Festbettdruckvergasungsreaktors in ausreichendem Umfang und gleichmäßig verteilt von den Prozessgasen, Sauerstoff und Wasserdampf, durchströmt werden kann. Um das zu erreichen, muss vor dem Einsatz im Reaktor der feinkörnige Anteil aus der Kohle abgetrennt werden. Der abgetrennte feinkörnige Anteil der Kohle wird in vielen Fällen als Brennmaterial für die Prozessdampferzeugung eingesetzt. Allerdings kommt es vor, dass der feinkörnige Anteil der Kohle so groß ist, dass er bis zu 50 Gew.-% beträgt, so dass er den Kohlebedarf zur Prozessdampferzeugung übersteigt und es schwierig ist, den Überschuss an feinkörniger Kohle wirtschaftlich anderweitig zu verwenden. Ein weiterer Nachteil dieser Verwendung als Brennmaterial besteht darin, dass dabei nicht die Möglichkeit besteht, wertvolle Produkte, wie Teer und Öl, aus diesem Teil der Kohle zu gewinnen.
Beschreibung der Erfindung
Bei dem im Folgenden näher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren werden die Nachteile des Stands der Technik überwunden, in dem zumindest ein Teil des feinkörnigen Anteils der Kohle durch Pyrolyse in Koks und Teer-, Öl- und Naphthadämpfe umgewandelt wird, wobei der Koks einer weiteren Verwendung zugeführt wird und die Teer- und die Öldämpfe kondensiert werden und der Teer dem überwiegend teerhaltigen Produktstrom aus Schritt c) und das Öl dem überwiegend ölhaltigen Produktstrom aus Schritt c) beigemischt wird und der Naphthadampf zum einen Teil einer anderen Verwendung zugeführt wird und zum anderen Teil kondensiert wird und das dabei gewonnene flüssige Naphtha dem überwiegend ölhaltigen Produktstrom aus Schritt c) beigemischt wird.
Auf diese Weise wird die Ausbeute an wertvollen Produkten, wie Teer und Öl, aus der Kohle erhöht, da der feinkörnige Anteil der Kohle nicht mehr, wie nach dem Stand der Technik üblich, lediglich verfeuert oder verworfen wird. Durch gezielte Auswahl aus den dem Fachmann bekannten Pyrolyseverfahren, die in der Literatur gelegentlich auch als Schwelverfahren bezeichnet werden, und durch gezielte, dem Fachmann geläufige Prozessführung, kann die Qualität der Pyrolyseprodukte Teer, Öl und Naphtha beeinflusst werden. Durch die erfindungsgemäße Vermischung der aus der Vergasung und aus der Pyrolyse stammenden Teere und Öle kann so auch die Qualität des durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Teers und Öls gezielt beeinflusst werden.
Für die Erfindung geeignet ist beispielsweise das LURGI-RUHRGAS-Schwelverfahren, vgl. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 3, S. 463.
Im Sinne dieser Erfindung wird Schwelen als Pyrolyse verstanden. Unter Pyrolysebedingungen werden physikalisch-chemische Bedingungen verstanden, die eine thermochemische Spaltung organischer Verbindungen unter weitgehend nichtoxidativen Bedingungen ermöglichen. Sie sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt um umfassen die Einstellung hoher Temperaturen und die weitgehende Abwesenheit von Oxidationsmitteln, also beispielsweise das Erhitzen unter Luftabschluss. Die Pyrolysebedingungen wird der Fachmann in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Einsatzstoff geeignet auswählen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt b) von Anspruch 1 genannte feinkörnige Teil der Kohle durch eine Partikelgröße von unter 5 mm definiert ist. Die Partikelgröße wird dabei durch Sieben mit einem Sieb der Maschenweite 5 mm eingestellt. Bei dieser Grenze zwischen feinkörnigem Kohleanteil, der pyrolysiert wird und grobkörnigem Anteil, der im Festbettdruckvergasungsreaktor verarbeitet wird, ist bei vielen Kohlearten eine gute Durchströmung des Festbettes im Vergasungsreaktor gegeben.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch Pyrolyse gewonnenen Teer-, Öl- und Naphthadämpfe so gekühlt werden, dass die Teer- und die Öldämpfe vollständig kondensieren und der Naphtadampf zum Teil kondensiert und wobei die dabei gewonnene flüssige Teer-, Öl- und Naphthaphase in den in Schritt c) genannten dritten Anlagenteil und darin in das mit Teer und Öl beladene Gaskondensat eingeleitet wird und wobei der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs einer anderen Verwendung zugeführt wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Kondensation der Pyrolyseprodukte nahe dem Pyrolyseapparat erfolgen kann, wodurch ein Transport der Dämpfe über größere Entfernungen durch Leitungen vermieden wird.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Pyrolyse gewonnenen Teer-, Öl- und Naphtadämpfe in den in Schritt c) genannten dritten Anlagenteil in die darin enthaltene, mit Teer und Öl beladene Gaskondensatphase eingeleitet wird, wobei Teer- und Öldämpfe vollständig kondensieren und gemeinsam mit dem in Schritt c) entstandenen Teers und Öls aus dem Gaskondensat abgeschieden werden und wobei der Naphthadampf zum Teil kondensiert und zusammen mit dem Öl aus dem Gaskondensat abgeschieden wird und der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs einer anderen Verwendung zugeführt wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass keine gesonderte Anlage zur Kondensation der Dämpfe benötigt wird.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Schritt d) von Anspruch 1 in der Pyrolyse erzeugte Koks zumindest zum Teil als Wärmeträger für die Erzeugung des für die gemäß Schritt c), Anspruch 1, im Festbettdruckvergasungsreaktor durchgeführte Vergasung verwendeten Wasserdampfs verwendet wird. Durch diese innerbetriebliche Verwendung des Kokses werden Kosten für Vertrieb und Transport zu entfernteren Verwendungsorten vermieden.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs als Wärmeträger bei der Pyrolyse des feinkörnigen Teils der Kohle verwendet wird. Diese Maßnahme erhöht die Energieeffizienz des Verfahrens.
Ausführungsbeispiel
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs- und Zahlenbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt die einzige Figur
1 ein Blockschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll im Folgenden anhand der Zeichung 1 erläutert werden.
Die bereitgestellte Kohle 1 wird in einer mechanischen Trenneinrichtung 2, z. B. eine Siebmaschine, in einen grobkörnigen Anteil 3 und einen feinkörnigen Anteil 4 getrennt. Der grobkörnige Anteil 3 der Kohle wird in einem ersten Anlagenteil 5 unter Einsatz von Sauerstoff 6 und Wasserdampf 7 zu Rohsynthesegas 8 vergast, wobei Asche 9 erzeugt wird. Das Rohsynthesegas 8 wird aus dem ersten Anlagenteil 5 in einen zweiten Anlagenteil 10 übergeleitet und dort gekühlt und gewaschen und wird als Synthesegas 11 einer weiteren Behandlung zugeleitet. Bei der Behandlung im zweiten Anlagenteil 10 entsteht mit Teer, Öl und Staub beladenes Gaskondensat 12.
Der feinkörnige Anteil 4 der Kohle 1 wird zum einen Teil 4a einer Pyrolysebehandlung 18, und zum anderen Teil 4b einer anderen Verwendung, z. B. der Verwendung als Brennmaterial, zugeführt. Bei der Pyrolysebehandlung 18 wird, unter dosierter Zugabe von Luft 19, die Kohle in Koks 20, Schwelprodukte 21 und Abgase 22 umgewandelt. Der erzeugte Koks 20 wird einer Anlage zur Dampferzeugung 23 zugeführt, die mit Wasser 24 gespeist wird. Der erzeugte Dampf 7 wird in den ersten Anlagenteil 5 eingeleitet. Die in der Pyrolyse 18 erzeugten, auch Naphtha enthaltenden Abgase 22 werden einer weiteren Behandlung zugeführt. Weiterhin entstehen bei der Pyrolysebehandlung Schwelprodukte 21, die hauptsächlich aus Teer, Öl und Naphtha bestehen und, in Abhängigkeit von den angewandten Prozessbedingungen bei der Pyrolyse- und Kühlbehandlung, in gasförmiger oder flüssiger Form vorliegen.
Das beladene Gaskondensat 12 und die durch Abkühlung verflüssigten Schwelprodukte 21 werden in den Anlagenteil 13 übergeleitet und darin vermischt. In diesem Anlagenteil 13 wird auf mechanischem Wege, z. B. mittels eines Absetzbehälters, der oft als Teerscheider bezeichnet wird, ein überwiegend teerhaltiger Produktstrom 14, ein überwiegend ölhaltiger Produktstrom 15, der auch Naphtha enthält, und ein staubhaltiger und teerhaltiger Produktstrom 16 aus dem Gaskondensat abgetrennt. Das gereinigte Gaskondensat 17 wird einer weiteren Behandlung zugeführt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Umwandlung von Kohle in Synthesegas und wertvollen Nebenprodukten, wie Teer bereit, bei dem auch der Feinanteil der Kohle effektiv zur Produktion der Nebenprodukte verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Kohle
2: Trenneinrichtung
3: Grobkörniger Anteil der Kohle
4: Feinkörniger Anteil der Kohle, a zur Pyrolyse, b zur anderweitigen Verwendung
5: Erster Anlagenteil, z.B. Festbettdruckvergasung
6: Sauerstoff
7: Wasserdampf
8: Rohsynthesegas
9: Asche
10: Zweiter Anlagenteil, Kühlung und Wäsche
11: Rohsynthesegas
12: Beladenes Gaskondensat
13: Dritter Anlagenteil, z.B. Teerscheider
14: Teerhaltiger Produktstrom
15: Öl- und naphthahaltiger Produktstrom
16: Staub- und teerhaltiger Produktstrom
17: Gaskondensat
18: Pyrolyse
19: Luft
20: Koks
21: Schwelprodukte
22: Abgase, auch Naphtha enthaltend
23: Dampferzeugung
24: Wasser

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 Nicht-Patentliteratur

Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Gas Production, Chapter 4.4 [0003]
Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 14, Kohle, Gaserzeugung, Kap. 6.1.1 [0003]
Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 3, S. 463 [0007]

Claims

Verfahren zur Umwandlung von Kohle in Synthesegas, Teer, Öl, Naphtha, Gaskondensat und Asche umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von Kohle, b) Trennung der Kohle in einen grobkörnigen und einen feinkörnigen Teil durch Anwendung eines mechanischen Trennverfahrens, c) Umwandlung des grobkörnigen Teils der Kohle in Synthesegas, Teer, Öl, Gaskondensat und Asche in einer Anlage, umfassend einen ersten Anlagenteil mit einem Festbettdruckvergasungsreaktor, in dem die Kohle unter Einsatz von Sauerstoff und Wasserdampf zu einem hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassendes Rohsynthesegas vergast wird und wobei Asche erzeugt wird, einen zweiten Anlagenteil, der eine an den Reaktor angeschlossene Anlage zur Kühlung und Wäsche des Rohsynthesegases umfasst, die gekühltes Synthesegas und mit Teer und Öl beladenes Gaskondensat erzeugt und einen dritten Anlagenteil zur mechanischen Abtrennung von Teer und Öl aus dem Gaskondensat, wobei ein überwiegend teerhaltiger Produktstrom, ein überwiegend ölhaltiger Produktstrom, ein überwiegend staub- und teerhaltiger Produktstrom und ein von Teer und Öl abgereicherter Gaskondensatstrom zur weiteren Verarbeitung aus dem dritten Anlagenteil ausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) zumindest ein Teil des in Schritt b) gewonnenen feinkörnigen Teils der Kohle durch Pyrolyse in Koks und Teer-, Öl- und Naphthadämpfe umgewandelt wird, wobei der Koks einer weiteren Verwendung zugeführt wird und die Teer- und die Öldämpfe kondensiert werden und der Teer dem überwiegend teerhaltigen Produktstrom aus Schritt c) und das Öl dem überwiegend ölhaltigen Produktstrom aus Schritt c) beigemischt wird und der Naphthadampf zum einenTeil einer anderen Verwendung zugeführt wird und zum anderen Teil kondensiert und das dabei gewonnene flüssige Naphtha dem überwiegend ölhaltigen Produktstrom aus Schritt c) beigemischt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt b) von Anspruch 1 genannte feinkörnige Teil der Kohle durch eine Partikelgröße von unter 5 mm definiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen Teer-, Öl- und Naphthadämpfe so gekühlt werden, dass die Teer- und die Öldämpfe vollständig kondensieren und der Naphtadampf zum Teil kondensiert und wobei die dabei gewonnene flüssige Teer-, Öl- und Naphthaphase in den in Schritt c), Anspruch 1 genannten dritten Anlagenteil und darin in das mit Teer und Öl beladene Gaskondensat eingeleitet wird und wobei der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs einer anderen Verwendung zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Pyrolyse gewonnenen Teer-, Öl- und Naphtadämpfe in den in Schritt c) des Anspruchs 1 genannten dritten Anlagenteil in die darin enthaltene, mit Teer und Öl beladene Gaskondensatphase eingeleitet wird, wobei Teer- und Öldämpfe vollständig kondensieren und gemeinsam mit dem in Schritt c) des Anspruchs 1 entstandenen Teers und Öls aus dem Gaskondensat abgeschieden werden und wobei der Naphthadampf zum Teil kondensiert und zusammen mit dem Öl aus dem Gaskondensat abgeschieden wird und der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs einer anderen Verwendung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Schritt d) von Anspruch 1 in der Pyrolyse erzeugte Koks zumindest zum Teil als Wärmeträger für die Erzeugung des für die gemäß Schritt c), Anspruch 1, im Festbettdruckvergasungsreaktor durchgeführte Vergasung verwendeten Wasserdampfs verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht kondensierte Teil des Naphthadampfs als Wärmeträger bei der Pyrolyse des feinkörnigen Teils der Kohle verwendet wird.
Anlage zur Umwandlung von Kohle in Synthesegas, Teer, Öl, Naphtha, Gaskondensat und Asche umfassend die Anlagenteile: – Vorrichtung zur mechanischen Trennung der Kohle in einen grob- und einen feinkörnigen Anteil – Vorrichtung zur Festbettdruckvergasung des grobkörnigen Anteils der Kohle zu einem Rohsynthesegas unter Bildung von Asche – Vorrichtung zur Kühlung und Wäsche des Rohsynthesegases unter Bildung von Gaskondensat – Teerscheider zur mechanischen Abtrennung von Produktströmen aus dem Gaskondensat – Vorrichtung zur Pyrolyse des feinkörnigen Anteils der Kohle – Vorrichtung zur Dampferzeugung, die mit dem in der Vorrichtung zur Pyrolyse erzeugten Koks betrieben wird – Weiterhin umfassend die Vorrichtungen zum Transfer der Zwischenprodukten zwischen den Anlagenteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Pyrolyse mit einer Transfervorrichtung für Schwelprodukte mit dem Teerscheider verbunden ist und die Vorrichtung zur Dampferzeugung mit einer Transfervorrichtung für den Dampf mit der Vorrichtung zur Festbettdruckvergasung verbunden ist.