DE102015217303A1

DE102015217303A1 - Particle separation from a gas stream by direct cooling and subsequent improved use of washing water

Info

Publication number: DE102015217303A1
Application number: DE102015217303.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Hannemann; Angel Protze; Gregor Straßberger; Friedemann Mehlhose
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16
Also published as: WO2017041928A1

Abstract

Für eine Feinstaubabscheidung aus dem Wasserdampf-gesättigten Rohgas (8) einer Vergasungseinrichtung (1, 2) wird vorgeschlagen, in einer ersten Reinigungsstufe unterkühltes Wasser unter Hochdruck feinverteilt einzudüsen und damit eine partielle Kondensation zu bewirken. In einer zweiten Reinigungsstufe kann eine grobverteilte Eindüsung von Wasser erfolgen. Es handelt sich um ein robustes Verfahren, bei dem es nahezu zu keinem Druckverlust kommt. Desweiteren ist mit dem vorliegenden Verfahren der Direktkühlung eine Anpassung des Kühlbedarfs und damit dem Grad der Teilkondensation des Rohgases sehr einfach möglich, indem die Waschwassermenge und/oder -temperatur angepasst wird. Die erfindungsgemäße Gasreinigung mittels Gasabkühlung und Teilkondensation kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, wenn für die nachfolgende Anwendung, wie zum Beispiel ein Low Steam CO Shift, der Dampfgehalt des Rohgases abgesenkt werden kann, was niedrigere Rohgastemperaturen ermöglicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf die Wiederverwendung der abgeschiedenen Waschwässer.For a fine dust separation from the water vapor-saturated raw gas (8) of a gasification device (1, 2), it is proposed to inject undercooled water under high pressure in a finely divided manner in a first purification stage and thus to effect a partial condensation. In a second purification stage, a coarsely distributed injection of water can take place. It is a robust process with almost no pressure loss. Furthermore, with the present method of direct cooling adjustment of the cooling demand and thus the degree of partial condensation of the raw gas is very easily possible by the amount of wash water and / or temperature is adjusted. The gas purification according to the invention by means of gas cooling and partial condensation can be used advantageously if, for the subsequent application, such as a low steam CO shift, the vapor content of the raw gas can be lowered, which allows lower raw gas temperatures. Advantageous embodiments of the invention relate to the reuse of the separated wash waters.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur Abscheidung von Partikeln aus dem Wasserdampf-gesättigten Rohgas einer Vergasungseinrichtung. The invention relates to a device, a method and a system for the separation of particles from the water vapor-saturated raw gas of a gasification device.

Die Flugstromvergasung wird für die Vergasung unterschiedlicher kohlenstoffhaltiger Brennstoffe eingesetzt. Die verwendeten Reaktoren weisen zwei Räume auf. Im oben angeordneten ersten Raum 1 wird der Brennstoff umgesetzt und die Asche, soweit vorhanden, geschmolzen. Das entstehende heiße Synthesegas, im Folgenden Rohgas genannt, wird zusammen mit der flüssigen Schlacke dem zweiten Raum (Quencher) zugeführt. Unter Eindüsung von Wasser findet neben der Abkühlung des Rohgases die schlagartige Erstarrung der Schlacke statt. Die angestrebte Abkühlung des Rohgases auf Sättigungstemperatur wird als Vollquenchung bezeichnet. Nach der Quenchung erfolgt die Rohgasreinigung, bei der die im Wasserdampf-gesättigten Rohgas mitgeführten Partikel, wie Ruß, Asche und Feinschlacke, über eine Nasswäsche in mehreren Reinigungsstufen abgeschieden werden. Die der Grobreinigung 2 des Rohgases nachgeschaltete Feinreinigung 3 umfasst im Allgemeinen eine Venturiwäsche. Weitere Abscheidestufen für eine Feinreinigung des Rohgases können eine Teilkondensation des Rohgases und eine Abscheidung mittels Waschböden in einem Waschturm sein. In der Praxis konnte bisher die Teilkondensation des gesättigten Rohgases nur mit hohem anlagentechnischen Aufwand erreicht werden. Dabei lag die erzielte Abscheideleistung von Feinpartikeln durch die Teilkondensation unter den Erwartungen. Als problematisch hat sich dabei ein Partial Condenser erwiesen, der eine Teilkondensation durch indirekte Kühlung mittels eines Kühlrohrbündels 18 bewirkt (4). Im Anlagenbetrieb sind folgende Nachteile des Partial Condensers festgestellt worden: Eine Reinigungswirkung des Apparates, der eine enorme Bauteilgröße aufweist, war nicht nachweisbar. Im Rohrbündel kam es zu Ablagerungen bis hin zu Totalverschlüssen des Rohgasweges, häufige Abschaltungen und Reinigungsarbeiten waren erforderlich. Der Bereich des Kondensatablaufes 15 war im Betrieb wiederkehrend blockiert mit Ablagerungen. Die Abkühlung des Rohgases erfolgt in unmittelbarer Nähe der Rohrinnenseite. Wasser kondensiert daher hauptsächlich auf der Rohrinnenseite aus und läuft am Rohr nach unten. Die Partikel befinden sich aber eher in der Rohgas-Kernströmung im Bereich der Mittelachse des Rohres, der Reinigungseffekt kann daher nur schwer erzielt werden. Des Weiteren ist bei dem Partial Condenser mit seiner indirekten Kühlung eine Anpassung des Kühlbedarfs aufgrund der vorgegebenen Wärmeübertragergeometrie nur in engen Grenzen möglich. The entrained flow gasification is used for the gasification of different carbonaceous fuels. The reactors used have two rooms. In the first room arranged above 1 the fuel is reacted and the ash, if any, melted. The resulting hot synthesis gas, referred to below as raw gas, is fed to the second space (quencher) together with the liquid slag. By injection of water, in addition to the cooling of the raw gas, the sudden solidification of the slag takes place. The desired cooling of the raw gas to saturation temperature is called full quenching. After quenching, the raw gas purification takes place, in which the particles entrained in the water vapor-saturated crude gas, such as soot, ash and fine slag, are separated off by wet scrubbing in several purification stages. The rough cleaning 2 the final gas downstream fine cleaning 3 generally includes a Venturi wash. Further separation stages for a fine purification of the raw gas may be a partial condensation of the raw gas and a separation by means of washing floors in a scrubbing tower. In practice, the partial condensation of the saturated raw gas could previously only be achieved with a high level of technical complexity. The achieved separation performance of fine particles by the partial condensation was below expectations. A partial Condenser has proven to be problematic, the partial condensation by indirect cooling by means of a cooling tube bundle 18 causes ( 4 ). In plant operation, the following disadvantages of the Partial Condensers have been found: A cleaning effect of the apparatus, which has a huge component size, was not detectable. In the bundle of tubes it came to deposits up to total closures of Rohgasweges, frequent shutdowns and cleaning was required. The area of the condensate drain 15 was periodically blocked with deposits during operation. The cooling of the raw gas takes place in the immediate vicinity of the pipe inside. Therefore, water condenses mainly on the inside of the pipe and runs down the pipe. However, the particles are more likely to be in the raw gas core flow in the region of the center axis of the pipe, the cleaning effect is therefore difficult to achieve. Furthermore, in the case of the partial condenser with its indirect cooling, an adaptation of the cooling requirement due to the given heat exchanger geometry is possible only within narrow limits.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für die Feinpartikelabscheidung aus dem gesättigten Rohgas 8.3 anstelle des bisher verwendeten Verfahrens der indirekten Gaskühlung mittels Partial Condenser eine weniger aufwändige Lösung mit besserer Reinigungsleistung zu schaffen. The invention is based on the problem of fine particle separation from the saturated raw gas 8.3 Instead of the previously used method of indirect gas cooling by means of partial Condenser to create a less expensive solution with better cleaning performance.

Das Problem wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Verfahren nach Anspruch 12 und ein System nach Anspruch 17 gelöst. The problem is solved by a device according to claim 1, by a method according to claim 12 and a system according to claim 17.

Die Erfindung erzielt durch Verdüsung einer kalten Waschflüssigkeit zu einem Feinst-Tropfennebel in einer freien Strömung eine Teilkondensation und damit eine verbesserte Feinpartikelabscheidung aus dem gesättigten Rohgas. The invention achieved by atomizing a cold scrubbing liquid to a very fine droplet mist in a free flow partial condensation and thus improved fine particle separation from the saturated raw gas.

Anstelle des Partial Condensers (Indirekte Gaskühlung), wird ein Hochdrückdüsensystem eingesetzt, das sehr fein zerstäubte und auf nahe Prozesstemperatur vorgewärmte Tropfen zur Feinpartikelabscheidung in das Rohgas eindüst (Direktkühlung des Gases). Die Tropfenagglomeration und Tropfenabscheidung findet im Rohgasabscheidebehälter 5 an den entsprechenden Waschböden statt. Instead of the partial condenser (indirect gas cooling), a high-pressure nozzle system is used which injects very finely atomized droplets preheated to near process temperature into the raw gas for fine particle separation (direct cooling of the gas). The droplet agglomeration and droplet separation takes place in the crude gas separation tank 5 on the corresponding washing floors instead.

Aufgrund der über den gesamten Querschnitt der freien Strömung gleichmäßigen Einsprühung ist eine gleichförmige und vollständige Durchdringung des Rohgases gegeben, wodurch der Effekt der Teilkondensation auf jeden Volumenteil des Rohgases gleichermaßen wirkt. Durch die Nutzung großer freier Strömungsquerschnitte und der damit verbundenen Minimierung oder gar dem Entfall der Gefahr von Verblockungen, wie es bei der Kühlung und Teilkondensation des Gasstromes über Wärmeübertrager der Fall ist, handelt es sich um ein robustes Verfahren, bei dem es nahezu zu keinem Druckverlust kommt. Desweiteren ist mit dem vorliegenden Verfahren der Direktkühlung eine Anpassung des Kühlbedarfs und damit dem Grad der Teilkondensation des Rohgases sehr einfach möglich, indem die Waschwassermenge und/oder -temperatur angepasst wird. Due to the even over the entire cross-section of the free flow uniform injection of a uniform and complete penetration of the raw gas is given, whereby the effect of the partial condensation acts equally on each part by volume of the raw gas. By using large free flow cross-sections and the associated minimization or even the elimination of the risk of blocking, as is the case with the cooling and partial condensation of the gas stream via heat exchangers, it is a robust process in which there is almost no pressure loss comes. Furthermore, with the present method of direct cooling adjustment of the cooling demand and thus the degree of partial condensation of the raw gas is very easily possible by the amount of wash water and / or temperature is adjusted.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Stufe als Hochdruckzerstäuberdüsensystem ausgeführt sein. In a particular embodiment of the invention, the first stage may be designed as Hochdruckzerstäuberdüsensystem.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist dem Zyklonabscheider des Venturiwäschers ein Hochdruckdüsensystem nachgeschalten, dem eine Frischwassereindüsung nachfolgend angeordnet ist. In a particular embodiment of the invention, the cyclone separator of the venturi scrubber is followed by a high-pressure nozzle system, to which a fresh-water injection is subsequently arranged.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die durch die Kondensation entstandenen partikelbeladenen Tropfen in den nachfolgenden Prozessstufen über Tropfenabscheider oder Kontaktstufen als Gaskondensat abgetrennt. In a particular embodiment of the invention, the particle-laden droplets produced by the condensation are separated in the subsequent process stages via droplet separators or contact stages as gas condensate.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Wassereindüsung zur Ergänzung der Wasserverluste des Gesamtsystems genutzt. In a particular embodiment of the invention, the water injection is used to supplement the water losses of the entire system.

Die erfindungsgemäße Gasreinigung mittels Gasabkühlung und Teilkondensation kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, wenn für die nachfolgende Anwendung, wie zum Beispiel ein Low Steam CO Shift nach DE 102013224037 oder DE 102013224039 , der Dampfgehalt des Rohgases abgesenkt werden kann, was niedrigere Rohgastemperaturen ermöglicht. The gas purification according to the invention by means of gas cooling and partial condensation can be used in an advantageous manner, if for the subsequent application, such as a low steam CO shift after DE 102013224037 or DE 102013224039 , the vapor content of the raw gas can be lowered, which allows lower raw gas temperatures.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to figures. Showing:

1 eine erfindungsgemäße Partikelabscheidung in einem Gasstrom durch Direktkühlung, 1 a particle separation according to the invention in a gas stream by direct cooling,

2 eine erfindungsgemäße Tropfeneindüsung bei kleinen Strömungsquerschnitten mittels einer Düse am Beispiel eines Venturiwäschers, 2 a droplet injection according to the invention for small flow cross sections by means of a nozzle using the example of a Venturi scrubber,

3 eine erfindungsgemäße Rohgasreinigung mit verbessertem Waschwasserkreislauf durch Mehrfachnutzung von Waschwasser und 3 a crude gas purification according to the invention with improved wash water cycle by multiple use of wash water and

4 Aufbau eines herkömmlichen Partial Condensers (Indirekte Gaskühlung). 4 Construction of a conventional partial condenser (indirect gas cooling).

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente. In the figures, like names denote like elements.

3 zeigt charakteristische Elemente der Rohgasreinigung entlang des Rohgasweges 8.1 bis 8.5. Das in einem Flugstromvergaser mit Quencher erzeugte Rohgas 8.1 wird einer Grobreinigungsstufe 2, wie zum Beispiel einem Strahlwäscher, zugeführt. Das in der Grobreinigungsstufe 2 von groben Partikeln gereinigte Rohgas 8.2 wird einer ersten Feinreinigungsstufe 3, wie zum Beispiel einem Venturiwäscher, zugeführt. Das in der ersten Feinreinigungsstufe 3 fein gereinigte Rohgas 8.3 wird einer zweiten Feinreinigungsstufe 4 zugeführt. Das in der zweiten Feinreinigungsstufe 4 weiter gereinigte Rohgas 8.4 wird einem Rohgasabscheidebehälter 5 zugeführt, wo Tropfen aus dem Rohgas entfernt werden. Aus dem Rohgasabscheidebehälter 5 wird das von Tropfen befreites Rohgas 8.5 zur weiteren Verwendung abgegeben. 3 shows characteristic elements of crude gas purification along the crude gas path 8.1 to 8.5 , The raw gas produced in an air flow gasifier with quencher 8.1 becomes a rough cleaning stage 2 , such as a jet scrubber supplied. The in the rough cleaning stage 2 Crude gas purified from coarse particles 8.2 becomes a first fine cleaning stage 3 , such as a Venturi scrubber fed. That in the first fine cleaning stage 3 finely cleaned raw gas 8.3 becomes a second fine cleaning stage 4 fed. This in the second fine cleaning stage 4 further purified raw gas 8.4 becomes a raw gas separation tank 5 fed, where drops are removed from the raw gas. From the crude gas separation tank 5 becomes the raw gas released from drops 8.5 for further use.

In einer herkömmlichen Ausführung ist die erste Feinreinigungsstufe 3 mit einem Venturiwäscher, dem sich ein Zyklon anschließt, und die zweite Feinreinigungsstufe 4 mit einem Partial Condenser, der als indirekte Gaskühlung ausgestaltet ist, gebildet. Der Partial Condenser soll das eintretende wasserdampfgesättigte Rohgas so kühlen, dass eine Teilmenge des wasserdampfgesättigten Rohgases auskondensiert. Durch die partielle Kondensation werden Feinpartikel aus dem Rohgas ausgewaschen. Dabei dienen die im Gas enthaltenen Partikel als Kondensationskeime. An ihnen bilden sich Tropfen, die die Partikel umschließen und vergrößern. Die gebildeten feinen Tropfen können entweder im Partial Condenser selber oder in nachgeschalteten Abscheidern abgeschieden werden. Der Partial Condenser ist als Rohrbündelwärmeübertrager ausgeführt, bei dem durch indirekte Abkühlung des Gasstromes eine Teilkondensation bewirkt werden soll. In a conventional embodiment, the first fine cleaning stage 3 with a Venturi scrubber, which is followed by a cyclone, and the second fine cleaning stage 4 formed with a partial condenser, which is designed as indirect gas cooling. The partial condenser is to cool the incoming water vapor-saturated crude gas so that a subset of the water vapor-saturated raw gas condenses out. Due to the partial condensation fine particles are washed out of the raw gas. The particles contained in the gas serve as condensation nuclei. They form droplets that surround and enlarge the particles. The fine droplets formed can either be deposited in the partial condenser itself or in downstream separators. The partial condenser is designed as a shell-and-tube heat exchanger in which partial cooling is to be effected by indirect cooling of the gas stream.

Bei dem in 4 dargestellten Partial Condenser gelangt das Rohgas 8.3 mit einer Temperatur T1 über den Rohgaseintrittsstutzen in das Rohrbündel 18. Im Rohrbündel erfolgt eine Abkühlung des Rohgases um circa 3 Kelvin. Durch die Abkühlung wird im Rohgas enthaltener Wasserdampf auskondensiert. Es bilden sich Wassertropfen im Gas und an der Innenseite der Rohre. Die im Rohgas enthaltenen Partikel sollen als Kondensationskeime dienen und die Bildung von Wassertropfen unterstützen. Dabei werden diese Partikel von Wassertropfen umschlossen und somit abgeschieden. Um ein Verstopfen zu verhindern, fließt das Rohgas von oben nach unten durch das Rohrbündel. Durch die Gravitation und unterstützt durch die Strömungsgeschwindigkeit des Rohgases fallen die sich bildenden Tropfen nach unten. Nach dem Rohrbündel erfolgt die Trennung von Wassertropfen und gereinigtem Rohgas. Das Rohgas 8.4 verlässt den Apparat über einen Stutzen mit der Temperatur T2. Das Kondensat 15 wird über einen Trichter abgezogen. Als Kühlmedium wird Kesselspeisewasser 16 verwendet. Dieses tritt über einen Stutzen in den Mantelraum des Partial Condensers ein. Das Rohrbündel steht vollständig im Kühlwasser. Die abgeführte Wärme aus dem Rohgas wird verwendet, um das Kühlwasser im Mantelraum zu verdampfen. Der entstehende Dampf 17 wird aus dem Behälter abgezogen. At the in 4 Partial Condenser passes the raw gas 8.3 with a temperature T1 via the raw gas inlet nozzle in the tube bundle 18 , In the tube bundle, the raw gas is cooled by about 3 Kelvin. By cooling, water vapor contained in the raw gas is condensed out. Water droplets form in the gas and on the inside of the pipes. The particles contained in the raw gas should serve as condensation nuclei and support the formation of water droplets. These particles are enclosed by water droplets and thus separated. To prevent clogging, the raw gas flows from top to bottom through the tube bundle. Due to the gravity and supported by the flow velocity of the raw gas, the forming drops fall down. After the bundle of tubes, the separation of water droplets and purified raw gas takes place. The raw gas 8.4 leaves the apparatus via a nozzle with the temperature T2. The condensate 15 is withdrawn via a funnel. The cooling medium is boiler feed water 16 used. This enters via a nozzle in the shell space of the Partial Condensers. The tube bundle is completely in the cooling water. The dissipated heat from the raw gas is used to evaporate the cooling water in the shell space. The resulting steam 17 is withdrawn from the container.

Bei der Erfindung beruht der Effekt einer verbesserten Feinpartikelabscheidung aus einem gesättigten Rohgas auf einer Teilkondensation durch Verdüsung einer kalten Waschflüssigkeit zu einem Feinst-Tropfennebel in einer freien Strömung (Direktkühlung des Gases). Hierfür wird ein Düsensystem oder eine andere Einrichtung eingesetzt, die fein zerstäubte kalte Tropfen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der vom Rohgas durchströmten Fläche einbringt (1). Dazu sind die Düsen 20 des Düsensystems 19 über Düsenstöcke gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt angeordnet. Der in 1 dargestellte Apparat kann als Rohrleitung, Rohrleitungsteil aber auch als Behälter ausgeführt sein. Als Rohrleitungsteil wird zum Beispiel auch ein Venturiwäscher verstanden. Im Falle von kleinen Strömungsquerschnitten, wie zum Beispiel im Venturiwäscher, kann das Düsensystem 19 lediglich aus einer Düse 20 bestehen (2). Die fein zerstäubten Tropfen scheiden aufgrund ihrer geringen Durchmesser und ihrer hohen Relativgeschwindigkeit zum Rohgas effektiv Feinpartikel ab. Gleichzeitig wirken die im Vergleich zum Rohgas mit der Eintrittstemperatur T1 um eine Temperaturdifferenz ∆T kälteren Tropfen als Kondensationskeime. Dadurch findet eine Vergrößerung der Partikel-beladenen Tropfen statt. Infolgedessen werden die Partikel sicher umschlossen und können aufgrund der Tropfenvergrößerung durch die Teilkondensation sehr gut vom Rohgas abgetrennt werden. Das Rohgas verlässt die Reinigungsstufe mit einer Temperatur T2, welche leicht geringer als T1 ist. Parallel zu diesem Effekt werden Feinstpartikel von teilgekühltem Rohgas als Kondensationskeime genutzt, die somit zusätzlich eingefangen und abgeschieden werden können. In the invention, the effect of improved fine particle deposition from a saturated crude gas based on a partial condensation by atomization of a cold scrubbing liquid to a very fine droplet mist in a free flow (direct cooling of the gas). For this purpose, a nozzle system or another device is used which introduces finely atomized cold drops uniformly over the entire cross section of the surface through which the raw gas flows ( 1 ). These are the nozzles 20 of the nozzle system 19 arranged evenly over the flow cross-section via nozzle blocks. The in 1 shown apparatus can be designed as a pipe, pipe part but also as a container. As a pipe part, for example, too understood a Venturi scrubber. In the case of small flow cross sections, such as in Venturi scrubber, the nozzle system 19 only from a nozzle 20 consist ( 2 ). The finely atomized droplets effectively separate fine particles due to their small diameter and high relative velocity to the raw gas. At the same time, the droplets, which are colder than the temperature difference ΔT by comparison with the raw gas, act as condensation nuclei. As a result, an increase in the particle-laden drops takes place. As a result, the particles are securely enclosed and can be separated very well from the raw gas due to the increase in size of the partial condensation. The raw gas leaves the purification stage at a temperature T2 which is slightly less than T1. In parallel with this effect, ultrafine particles of partially cooled raw gas are used as condensation nuclei, which can thus be additionally captured and separated.

Bei der erfindungsgemäßen Einsprühung von kalten Tropfen finden folgende Abscheidemechanismen gleichzeitig statt, die sich auch überlagern können (Kombination von mehreren Abscheidemechanismen):

– Direkte Trägheitsabscheidung von Partikeln infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen eingesprühten Tropfen und Partikeln im Rohgas,
– Partikel-Abscheidung infolge der durch kalte Tropfen hervorgerufenen Kondensation von Wasserdampf direkt am Partikel (Partikel wirkt als Kondensationskeim),
– Tropfenvergrößerung bereits partikelbeladener kalter Tropfen durch Kondensation von Wasserdampf aus dem Rohgas,
– Direkte Abscheidung von Partikeln durch Einfangen der heißen Partikel durch kalte Tropfen, hervorgerufen durch eine konvektive Strömung infolge einer Temperaturdifferenz,
– Darüber hinaus gibt es noch weitere Abscheidemechanismen von Partikeln oder Tropfen untereinander, die aber unabhängig von der Direktkühlung stattfinden.

In the case of the injection of cold drops according to the invention, the following deposition mechanisms take place simultaneously, which can also overlap (combination of several deposition mechanisms):

Direct inertial separation of particles due to the relative velocity between sprayed droplets and particles in the raw gas,
Particle separation due to the condensation of water vapor caused by cold droplets directly on the particle (particle acts as a condensation germ),
- Enlargement of already particle-laden cold drops by condensation of water vapor from the raw gas,
Direct separation of particles by trapping the hot particles by cold drops caused by a convective flow due to a temperature difference,
- In addition, there are other separation mechanisms of particles or drops among each other, but take place independently of the direct cooling.

Das vorgestellte Verfahren umfasst die Möglichkeit einer mehrstufigen Partikelabscheidung durch die Kombination von Hochdruckeindüsung und Direktkühlung. The presented method comprises the possibility of a multi-stage particle separation by the combination of high-pressure injection and direct cooling.

Es ist möglich, dass Feinpartikel zunächst mit sehr fein zerstäubten kalten Tropfen eingefangen werden. In der nachfolgenden Stufe werden gröber zerstäubte kalte Tropfen eingesprüht. Damit können die in der ersten Stufe gebildeten Tropfen nochmals vergrößert werden, wodurch eine leichtere Abscheidung dieser Tropfen ermöglicht wird. It is possible that fine particles are initially trapped with very finely atomized cold drops. In the following stage coarsely atomized cold drops are sprayed. Thus, the drops formed in the first stage can be increased again, whereby a lighter deposition of these drops is made possible.

Der Vorgang kann beliebig wiederholt werden. Prinzipiell kann auch eine einfache mehrstufige Abscheidung realisiert werden, indem mehrere gleichartige Düsensysteme in Reihe geschalten werden. The process can be repeated as desired. In principle, a simple multi-stage separation can be realized by connecting several similar nozzle systems in series.

Die Feinpartikelabscheidung 4 sollte nach einer Vorreinigung 3 der Rohgases installiert werden, die aus einer Stufe bestehen kann, wie zum Beispiel einem Venturiwäscher, die aber auch aus mehreren hintereinander geschalteten Reinigungsstufen (Grobreinigungsstufe 2 und Feinreinigungsstufe 3) bestehen kann. The fine particle separation 4 should be after a pre-cleaning 3 the raw gas can be installed, which may consist of a stage, such as a Venturi scrubber, but also from several successive purification stages (coarse cleaning stage 2 and fine cleaning stage 3 ) can exist.

Nach Abscheiden der Partikel am Tropfen können die partikelbeladenen Tropfen in einer Agglomerationsstufe 6 abgeschieden werden. In der Agglomerationsstufe werden die Tropfen durch Tropfenkollision vergrößert, wodurch eine weitgehende Abscheidung erzielt wird. Die Agglomerationsstufe kann zum Beispiel als Lamellenabscheider ausgeführt sein. After the particles are deposited on the droplet, the particle-laden droplets can be in an agglomeration stage 6 be deposited. In the agglomeration stage, the droplets are enlarged by droplet collision, whereby a high degree of separation is achieved. The agglomeration stage can be designed, for example, as a lamella separator.

Eine Agglomerationsstufe ist nicht zwingend erforderlich, sofern die durch Teilkondensation vergrößerten Tropfen genügend groß zum Abscheiden in einem Tropfen-Abscheider 7 sind. An agglomeration stage is not absolutely necessary if the droplets enlarged by partial condensation are sufficiently large for precipitation in a droplet separator 7 are.

Zur Abscheidung der eingedüsten Waschflüssigkeit und der erzeugten Gaskondensate werden Kontaktstufen 6 und / oder Tropfenabscheider 7 genutzt. Unter Kontaktstufen werden alle Arten von Kolonnenböden (zum Beispiel Sieb-, Ventil-, Glockenböden) oder sonstige Kolonneneinbauten (zum Beispiel Füllkörper) verstanden. Als Tropfenabscheider 7 kommen verschiedene Arten von Demister in Frage, zum Beispiel Flügelrad-Demister zur Abscheidung großer Tropfen, Lamellen-Demister zur Abscheidung mittlerer Tropfen und Gestrick-Demister zur Abscheidung von Feinsttropfen. For the deposition of the injected scrubbing liquid and the gas condensates produced are contact stages 6 and / or mist eliminator 7 used. Contact stages are understood to mean all types of column bottoms (for example sieve, valve, bubble cap trays) or other column internals (for example random packings). As a mist eliminator 7 There are various types of demisters in question, for example impeller demister for the deposition of large drops, lamellar demisters for the deposition of medium drops and knitted demisters for the deposition of ultrafine droplets.

Das zur partiellen Unterkühlung des Rohgases verwendete Frischwasser 9 und das Waschwasser 10 dienen gleichzeitig zur Ergänzung der Wasserverluste des Gesamtsystems, die durch die Gaskühlung mittels Wasserquench und ausgeschleuste Restfeuchten an Schlacke und Filterkuchen sowie durch abgeleitetes Abwasser bedingt sind. The fresh water used for partial supercooling of the raw gas 9 and the washing water 10 at the same time serve to supplement the water losses of the entire system, which are caused by the gas cooling by means of water quench and eliminated residual moisture in slag and filter cake as well as by discharged wastewater.

Das abgeschiedene Waschwasser und das bei der Kühlung erzeugte Gaskondensat 12 sowie das saure Gaskondensat 10 von der Kontaktstufe werden in einem Rohgas-Abscheidebehälter 5 gesammelt und als Waschwasser II (14) für die vorhergehende Reinigungsstufe 3, dem Venturiwäscher, genutzt (3). Somit findet eine Wiederverwendung des schwach mit Partikeln beladenen und sauren Waschwassers aus der 2. Feinreinigungsstufe Feinreinigungsstufe 2 (Partielle Kondensation durch Direktkühlung) statt. Durch das saure Waschwasser wird in der Reinigungsstufe der Karbonat-Bildung entgegengewirkt. Im Allgemeinen wird die abgeschiedene Waschwasser-/ Gaskondensatmenge aus der Feinreinigungsstufe 2 nicht vollständig als Waschwassermenge für den Venturiwäscher benötigt. Infolgedessen kann das zum Beispiel in einem Zyklon abgeschiedene Venturi-Abwasser mit dem überschüssigen Waschwasser/ Gaskondensat aus der Feinreinigungsstufe 2 gemischt werden. Damit verringert sich der Feststoffgehalt des Venturi-Abwassers, wodurch eine Nutzung dieses Abwassers als Waschwasser III für die Grobreinigungsstufe (zum Beispiel einen Strahlwäscher) wie auch als Zusatzquenchwasser im Quencher ermöglicht wird. Auch hier mindert der saure Charakter des Waschwassers die Karbonat-Bildung in den jeweiligen Wäschern. The separated washing water and the gas condensate produced during cooling 12 as well as the acid gas condensate 10 from the contact stage are in a raw gas separation vessel 5 collected and used as wash water II ( 14 ) for the previous cleaning step 3 , the Venturi scrubber, used ( 3 ). Thus, a reuse of weakly loaded with particles and acidic wash water from the second fine cleaning stage fine cleaning stage 2 (partial condensation by direct cooling) instead. The acidic wash water counteracts carbonate formation in the purification stage. In general, the separated wash water / gas condensate from the fine cleaning stage 2 is not completely required as a wash water for the Venturi scrubber. As a result, the venturi wastewater separated, for example, in a cyclone may be mixed with the excess wash water / gas condensate from the fine purification stage 2. This reduces the solids content of the Venturi wastewater, allowing it to be used as wash water III for the coarse purification stage (for example a jet scrubber) as well as additional quench water in the quencher. Again, the acidic character of the wash water reduces the formation of carbonate in the respective scrubbers.

Die im Rohgas-Abscheidebehälter eingehenden Waschwässer (Gaskondensat, Waschwasser I 12 beziehungsweise Venturi Abwasser 11) werden derart getrennt aufgenommen, dass eine Abführung von sauberem Waschwasser (Gaskondensat + Waschwasser I) 14 zum Venturiwäscher 3 und von verdünntem Venturiabwasser 13 zur Grobreinigungsstufe 2 gegeben ist. Dies wird zum Beispiel durch eine räumlich getrennte Einbindung der abgeschiedenen Waschwässer im Rohgassammelbehälter verbunden mit einer Aufstromklassierung erreicht (3). Hierdurch wird die Notwendigkeit eines zusätzlichen Sammelbehälters umgangen. The incoming in the raw gas separation tank wash water (gas condensate, wash water I 12 or Venturi wastewater 11 ) are received separately so that a discharge of clean wash water (gas condensate + wash water I) 14 to Venturi scrubber 3 and dilute venturi wastewater 13 for rough cleaning stage 2 given is. This is achieved, for example, by spatially separate integration of the separated washing waters in the raw gas collecting container, combined with an upstream classification ( 3 ). This avoids the need for an additional collection container.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vergaser carburettor
22: Grobreinigungsstufe, Strahlwäscher Rough cleaning stage, jet scrubber
33: Feinreinigungsstufe 1, 1. Feinreinigungsstufe, Venturiwäscher, Fine cleaning stage 1, 1. Fine cleaning stage, Venturi scrubber,
44: Feinreinigungsstufe 2, 2. Feinreinigungsstufe, Partielle Kondensation durch Direktkühlung, Feinpartikelabscheidung Fine cleaning stage 2, 2nd fine cleaning stage, partial condensation by direct cooling, fine particle separation
55: Abscheider, Rohgasabscheidebehälter Separator, raw gas separation tank
66: Agglomerationsstufe, Kontaktstufe Agglomeration stage, contact stage
77: Tropfenabscheider Droplet
88th: Rohgas raw gas
99: Waschwasser I, z.B. kaltes demineralisiertes Wasser, Waschflüssigkeit kalt, Frischwasser Wash water I, e.g. cold demineralized water, washing liquid cold, fresh water
1010: Waschwasser I*, sauer, saures Gaskondensat Wash water I *, acid, acid gas condensate
1111: Venturi-Abwasser Venturi wastewater
1212: Gaskondensat und Waschwasser Gas condensate and wash water
1313: Waschwasser III, Venturi-Abwasser verdünnt Wash water III, diluted with Venturi wastewater
1414: Waschwasser II Wash water II
1515: Kondensatablauf, Gaskondensat aus Partial Condenser Condensate drain, gas condensate from Partial Condenser
1616: Kesselspeisewasser Boiler feed water
1717: Dampf steam
1818: Rohrbündel tube bundle
1919: Düsensystem, Kalttropfen-Erzeuger Nozzle system, cold drop generator
2020: Hochdruckdüse high-pressure nozzle
2121: Rohrleitungsteil Pipe part
T1T1: Eintrittstemperatur inlet temperature
T2T2: Austrittstemperatur outlet temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013224037 [0012]
DE 102013224039 [0012]

Claims

Device for separating particles from the water vapor-saturated raw gas ( 8th ) a gasification device ( 1 . 2 ) comprising a pipeline part ( 21 ), wherein - one end of the pipe part forms an inlet for the raw gas with a temperature T1, - in the pipe part in the central axis a high-pressure nozzle ( 20 ) for injecting water ( 9 ) at a temperature T1 - ΔT which is lower than the temperature T1.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the pipe part is given by a Venturi scrubber

Device according to one of the preceding claims, characterized in that distributed over the cross section of the pipe part a plurality of high-pressure nozzles ( 20 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the pipeline part a finely divided injection of water ( 9 ) given is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pipeline parts with respective high pressure nozzles ( 20 ) are arranged.

Apparatus according to claim 5, characterized in that in the flow direction of the raw gas first pipe part is designed as a first stage with a Hochdruckzerstäuberdüsensystem.

Device according to one of the preceding claims 5 to 6, characterized in that in a downstream in the flow direction pipe part a coarsely distributed injection of water ( 9 ) given is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the flow direction downstream of the pipe part, a separator ( 5 ) is arranged.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the separator by a droplet separator ( 7 ) given is.

Apparatus according to claim 8 to 9, characterized in that the separator by a contact separator ( 6 ) given is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the flow direction after the pipe part an agglomeration stage ( 6 ) is arranged.

Method for separating particles from the water vapor-saturated raw gas ( 8th ) a gasification device ( 1 . 2 ) using a device according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that water is injected at a lower temperature T1 - .DELTA.T than the temperature T1 of the supplied raw gas over the entire flow cross-section.

A method according to claim 12, characterized in that water is injected with a temperature close to the temperature of the supplied raw gas finely divided.

Method according to one of the preceding claims 12 to 13, characterized in that the device for the separation of particles ( 4 ) a fine cleaning step 2 forms, in the flow direction of the raw gas ( 8th ) a fine cleaning stage 1 ( 3 ), wherein in the separator ( 5 ) wastewater of fine purification stage 1 ( 3 ) as wash water II ( 14 ) is supplied.

Method according to one of the preceding claims 12 to 14, characterized in that the device for the separation of particles ( 4 ) forms a fine purification stage 2, which in the flow direction of the raw gas ( 8th ) a rough cleaning stage ( 2 ) and a fine cleaning stage 1 ( 3 ) upstream of the fine cleaning stage 1 ( 3 ) discharged wastewater ( 11 ) diluted with the in the separator ( 5 ) recovered wastewater as wash water III ( 13 ) of the coarse cleaning stage ( 2 ) is supplied.

Method according to one of the preceding claims 12 to 15, characterized in that the separator ( 5 ) other acid gas condensates as washing water I * ( 10 ).

System for separating particles from the water vapor-saturated raw gas ( 8th ) a gasification device ( 1 . 2 ), in particular according to one of the preceding claims 1 to 16, characterized in that - the one end of a pipeline part ( 21 ) an inlet for the raw gas ( 8.3 ), - in the pipeline part in the central axis a high-pressure nozzle ( 20 ), - water having a lower temperature T - ΔT than the temperature T1 of the raw gas supplied ( 8.3 ) is injected over the entire flow cross-section.

System according to claim 17, characterized in that the gas condensate and wash water ( 12 ) from the fine cleaning stage 2 ( 4 ) on the one hand and the wastewater ( 11 ) from fine cleaning stage 1 ( 3 ) on the other hand in a crude gas separation vessel ( 5 ) are collected separately from each other.