DE202015106840U1 - Apparatus for treating solids laden process waste water - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Behandlung von Feststoff beladenem Prozessabwasser, das bei der Reinigung von Synthesegas in einer Vergasungsanlage zur Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen entsteht, folgende Komponenten umfassend: • einen Vergasungsreaktor (1) mit einer Reaktionskammer (2) zur Erzeugung eines Rohsynthesegases unter hoher Temperatur und hohem Druck und mit einer sich an die Reaktionskammer (2) anschließenden Quenchkammer (4) zur Abkühlung des Rohsynthesegases, welche Quencheinrichtungen (6) und ein Wasserbad (5) mit Wasserzufuhr aufweist, • zumindest einen Gaswäscher (11) zur Feststoffabtrennung aus dem Rohsynthesegasstrom, welcher der Quenchkammer (4) nachgeordnet ist, • zumindest einen Hydrozyklon (16), dem das Prozessabwasser aus dem mindestens einen Gaswäscher (11) zuführbar ist, • eine Leitung, welche einen Überlauf des Hydrozyklons (16) für Klarwasser (17) mit den Quencheinrichtungen (6) in der Quenchkammer (4) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterlauf (19) des Hydrozyklons (16) mit dem Wasserbad (5) der Quenchkammer (4) verbunden ist.Process for the treatment of solids laden process waste water, which is produced in the purification of synthesis gas in a gasification plant for the production of synthesis gas from carbonaceous fuels, comprising the following components: • a gasification reactor (1) with a reaction chamber (2) for generating a raw synthesis gas under high temperature and high pressure and with a quenching chamber (4) adjoining the reaction chamber (2) for cooling the crude synthesis gas comprising quenching means (6) and a water bath (5) with water supply, • at least one gas scrubber (11) for separating solids from the raw synthesis gas stream, which is downstream of the quench chamber (4), at least one hydrocyclone (16) to which the process waste water from the at least one gas scrubber (11) can be supplied, • a line which overflows the hydrocyclone (16) for clear water (17) with the Quench devices (6) in the quench chamber (4) connects, characterized gekennz eichnet that an underflow (19) of the hydrocyclone (16) with the water bath (5) of the quench chamber (4) is connected.
Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Feststoff beladenem Prozessabwasser, das bei der Reinigung von Synthesegas in einer Vergasungsanlage zur Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen entsteht, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention is directed to a device for the treatment of solids laden process wastewater, which is produced in the purification of synthesis gas in a gasification plant for the production of synthesis gas from carbonaceous fuels, according to the preamble of
Das Prinzip der Erzeugung von Synthesegas durch Vergasung besteht darin, dass unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen Kohlenstoff haltige Brennstoffe wie Kohle, Holzkohle oder Petrolkoks mit Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln (Luft, Sauerstoff, Dampf etc.) reagieren und dabei die organischen Bestandteile in eine Mischung aus Kohlemonoxid und Wasserstoff (Synthesegas) umgesetzt werden, wobei die mineralischen Reststoffe der Brennstoffe in Form von schmelzflüssigen Schlackepartikeln im Rohsynthesegas mittransportiert werden und abgetrennt werden müssen. The principle of the production of synthesis gas by gasification is that under certain temperature and pressure conditions carbon-containing fuels such as coal, charcoal or petroleum coke with oxygen-containing gasification agents (air, oxygen, steam, etc.) react and thereby the organic components in a mixture of Carbon monoxide and hydrogen (synthesis gas) are reacted, wherein the mineral residues of the fuels are transported in the form of molten slag particles in the raw synthesis gas and must be separated.
Ein Vergasungsverfahren umfasst daher drei Komplexe: die Vergasung von kohlenstoffhaltigen Stoffen, die Rohsynthesegas-Reinigung und die Aufbereitung von dabei anfallendem Feststoff beladenem Prozessabwasser. Es ist üblich, das vor allem Schlacke und Asche enthaltende Prozessabwasser in Abhängigkeit von seiner Feststoffbeladung als „Schwarzwasser“ oder als „Grauwasser“ zu bezeichnen, wobei Grauwasser in der Regel ein gereinigtes Schwarzwasser bezeichnet, dass erneut in das Verfahren eingespeist wird. A gasification process therefore comprises three complexes: the gasification of carbonaceous substances, the purification of raw synthesis gas and the treatment of process wastewater laden with solid matter. It is customary to call the process wastewater containing mainly slag and ash, depending on its solids loading, "black water" or "greywater", greywater, as a rule, designating a purified black water which is fed into the process again.
Die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe reagieren mit den Vergasungsmitteln in einer Reaktionskammer eines Vergasers. Das dabei erzeugte Synthesegas, die Schlacke und die Flugasche werden durch den Boden der Reaktionskammer abgeführt in eine Abkühl- oder Quenchkammer, in der das Rohsynthesegas und die mittransportierten Schlackepartikel im Kontakt mit Wasser unter den Schlackeschmelzpunkt abgekühlt werden, beispielsweise durch Zerstäuben von Wasser im Bereich des Rohgaseintritts (Sprühquenchen) und/oder durch Hindurchleiten des Rohsynthesegases durch ein Wasserbad (Tauchquenchen). Ein großer Teil der Asche und Schlacke sinkt im Wasserbad der Quenchkammer nach unten und sammelt sich am konischen Boden des Wasserbades. Da im Rohsynthesegas noch Asche- und Schlackereste enthalten sind, ist es notwendig, das Rohsynthesegas unter Verwendung von Gasreinigungsvorrichtungen zu reinigen. Das dabei anfallende mit Feststoff beladene Schwarzwasser, das mit hoher Temperatur und hohem Druck aus dem Vergaser und den Gasreinigungsvorrichtungen kommt, wird aus wirtschaftlichen Gründen im Kreislauf geführt, d.h. das Schwarzwasser muss aus dem Drucksystem ausgeschleust werden, kann dann beispielsweise durch Ausfällung, Sedimentation oder Filtration in weiteren Reinigungsvorrichtungen aufbereitet werden und muss anschließend wieder bespannt, d.h. auf Systemdruck gebracht werden. Üblich ist auch eine Kombination von Entspannung und Feststoffabtrennung, die als Flash-Destillation bezeichnet wird. The carbonaceous fuels react with the gasification agents in a reaction chamber of a gasifier. The synthesis gas, slag and fly ash produced in this process are discharged through the bottom of the reaction chamber into a cooling or quenching chamber in which the raw synthesis gas and the slag particles transported with it are cooled below the slag melting point in contact with water, for example by atomizing water in the area of the slag Crude gas (spray quench) and / or by passing the Rohsynthesegases through a water bath (immersion quenching). A large part of the ash and slag sinks down in the water bath of the quench chamber and collects at the conical bottom of the water bath. Since ash and slag residues are still present in the raw synthesis gas, it is necessary to purify the raw synthesis gas using gas purifiers. The resulting charged with solid black water, which comes with high temperature and high pressure from the carburetor and the gas purification devices is recycled for economic reasons, i. the black water must be discharged from the pressure system, can then be prepared for example by precipitation, sedimentation or filtration in other cleaning devices and must then be covered again, i. be brought to system pressure. Also common is a combination of relaxation and solids separation, referred to as flash distillation.
Die bekannten Verfahren zur Behandlung von Prozessabwasser (Schwarzwasser) sind aufwendig und benötigen aufgrund der zahlreichen Druckschleusen einen relativ großen apparativen Aufwand, verursachen hohe Kosten und erfordern große Mengen Kreislaufwasser. The known method for the treatment of process wastewater (black water) are complex and require a relatively large amount of equipment due to the numerous pressure locks, cause high costs and require large amounts of water circulation.
Aus der
In der
Gegenstand der
Nachteilig an den beschriebenen Lösungen ist, dass zwar das in Hydrozyklonen geklärte Prozesswasser für das Quenchen des Rohsynthesegases zurückgeführt wird, aber das mit Feststoffen beladene Konzentrat aus den Unterläufen der Hydrozyklone mit einem hohen Wasseranteil ohne weitere Behandlung aus dem Kreislauf ausgeschleust wird und danach unter Umgebungsdruck in einer Sedimentationsstufe oder Filterpresse in feste und flüssige Phasen getrennt wird. Das dabei zurückgewonnene Prozesswasser muss erneut bespannt und in den Kreislauf zurückgeführt werden. Der Aufwand dafür ist wirtschaftlich nachteilig. A disadvantage of the solutions described is that although clarified in hydrocyclones process water is returned for quenching the Rohsynthesegases, but the solids-laden concentrate from the lower reaches of the hydrocyclones with a high water content is discharged without further treatment from the circulation and then under ambient pressure in a sedimentation stage or filter press is separated into solid and liquid phases. The recovered process water must be re-strung and recycled. The effort is economically disadvantageous.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Nachteil der bekannten Lösungen eine Kreislaufführung von Prozesswasser dahingehend zu verbessern, dass der Anteil an ausgeschleustem Prozessabwasser verringert wird. Dabei soll die Verwendung von Hydrozyklonen beibehalten werden, weil sie aufgrund ihrer kontinuierlichen Betriebsweise und geschlossenen Bauweise optimal geeignet sind für eine Feststoffabtrennung innerhalb einer Wasserkreislaufführung unter Druck. The invention is therefore based on the object, starting from the disadvantage of the known solutions to improve the circulation of process water to the effect that the proportion of discharged process waste water is reduced. The use of hydrocyclones should be maintained because they are due to their continuous operation and closed design optimally suitable for solids separation within a water circulation system under pressure.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. According to the invention the object is achieved by a device having the features of the first claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Durch die Verbindung eines Unterlaufes eines Hydrozyklons zur Reinigung von Feststoff beladenem Prozessabwasser mit dem Wasserbad der Quenchkammer wird das mit Feststoffen beladene Unterlaufwasser des Hydrozyklons nicht sofort in einer zusätzlichen Schleusvorrichtung ausgeschleust, sondern zunächst einer weiteren, bereits vorhandenen Trennstufe zugeführt, in der durch Sedimentation nochmals eine Feststoff-Wasser-Trennung erfolgt, bevor der Feststoff aus dem Quenchkammer-Austragskonus in hoher Konzentration und mit geringem Wasseranteil mit der vorhandenen Schleusvorrichtung ausgetragen wird. By connecting an underflow of a hydrocyclone for the purification of solid laden process wastewater with the water of the quench chamber loaded with solids underflow water of the hydrocyclone is not immediately discharged in an additional lock device, but initially fed to another, already existing separation stage, in the sedimentation again a Solid-water separation takes place before the solid is discharged from the quench chamber discharge cone in high concentration and with low water content with the existing lock device.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine einfache und kostengünstige Prozessabwasser-Behandlungseinrichtung mit geringerem Wasserverbrauch innerhalb eines Kohlevergasungsverfahrens bereitstellt und vorhandene Apparate und Schleusvorrichtungen effektiv nutzt. Die Reinigung des im Kreislauf geführten Prozesswassers erfolgt in durchgängig kontinuierlicher Betriebsweise und unter dem Systemdruck des Vergasungsreaktors. The present invention has the advantage of providing a simple and inexpensive process wastewater treatment facility with lower water consumption within a coal gasification process and effectively utilizing existing apparatus and lock devices. The purification of the recirculated process water takes place in a continuous, continuous mode of operation and under the system pressure of the gasification reactor.
Das Wasserbad des vorgesehenen Gaswäschers dient vorteilhaft neben der Gas-Feststoff-Trennung gleichzeitig auch als Pufferbehälter für das Kreislaufwasser. Das Wasserbad in der Quenchkammer, das der Aufnahme der Schlacke aus dem Rohgas dient, wirkt gleichzeitig als Schlammsammelraum für den Unterlauf des Hydrozyklons. The water bath of the proposed scrubber is advantageously used in addition to the gas-solid separation at the same time as a buffer tank for the circulating water. The water bath in the quench chamber, which serves to receive the slag from the raw gas, also acts as a sludge collection chamber for the lower reaches of the hydrocyclone.
Mit der Einleitung des Schlamm-Unterlaufes des Hydrozyklons in das Quenchwasserbad wird die Schlackeaustragsschleuse der Quenchkammer zusätzlich für den in der Rohsynthesegasreinigung abgetrennten Feststoff mitgenutzt und somit eine weitere Ausschleuseinrichtung eingespart. Die Quenchkammer dient auch als ein zusätzlicher Sedimentationsraum für die Feststoff-Wasser-Trennung des aus der Gasreinigung kommenden Prozessabwassers. Mit dem Zustrom des Hydrozyklon-Unterlaufes in das Quenchwasserbad wird dort eine zusätzliche Dynamik eingebracht, die zur Vermeidung von Schlackeverstopfungen an der Austragsschleuse der Quenchkammer genutzt werden kann. With the introduction of the sludge underflow of the hydrocyclone in the quench water, the Schlackeaustragsschleuse the quench is also co-used for the separated in the Rohsynthesegasreinigung solid and thus saved a further discharge device. The quench chamber also serves as an additional sedimentation space for the solids-water separation of the process effluent from the gas purification. With the influx of the hydrocyclone underflow into the quench water bath, an additional dynamic is introduced there, which can be used to prevent slag clogging at the discharge lock of the quench chamber.
Im Folgenden soll die Erfindung am Beispiel einer Flugstrom-Vergasungsanlage in einem zum Verständnis der vorgeschlagenen Lösung erforderlichen Umfang erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen stellen dabei dar: In the following, the invention will be explained using the example of an entrainment gasification plant in an extent necessary for understanding the proposed solution. The accompanying drawings represent:
Die vorliegende Erfindung stellt eine technische Lösung zur Schwarzwasserbehandlung innerhalb einer Kohlevergasungsanlage bereit. The present invention provides a technical solution for black water treatment within a coal gasification plant.
Wie aus der
In einer Reaktionskammer
Das Wasserbad
Am Rohgasaustritt der Quenchkammer
Die Feststoffabtrennung aus dem Rohsynthesegas erfolgt zumindest mit einem Gaswäscher
Der Gaswäscher
Der Ausgang des Venturiwäschers
Eine Zuleitung für das Klarwasser
Erfindungsgemäß ist der Unterlauf
Zur Verbesserung des Reinigungseffektes von Hydrozyklonen ist es zweckmäßig, gemäß
Zur besseren Abtrennung feindisperser Feststoffe können ebenso auch Zyklone mit kleinerer Baugröße parallel geschaltet werden und diese Zyklonbatterien mit einer seriellen Anordnung kombiniert werden. For better separation of finely dispersed solids, cyclones with a smaller size can also be connected in parallel, and these cyclone batteries can be combined with a serial arrangement.
Für eine Regulierung des zur Quenchkammer
Aus dem Wasserbad
Die Reinigungseinrichtung
Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
In der Reaktionskammer
In the reaction chamber
Nach dem Verlassen der Quenchkammer
Das vorgereinigte Synthesegas aus dem Wasserbad
Anstelle der beschriebenen zwei Gaswäscher
In der beschriebenen Anordnung des Ausführungsbeispiels wird der gesamte aus dem Rohgas entfernte Staub im Wasserbad
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Gaswäschers
Das Schwarzwasser
Ebenso kann das Klarwasser
Mit dem Drosselventil
Eine Entfernung des fortwährend aus dem Rohsynthesegas abgetrennten Feststoffes aus dem Prozesswasserkreislauf erfolgt über die Abwasserleitungen (Schwarzwasser
Das zu reinigende Prozessabwasser
Die vorgeschlagene Prozesswasserbehandlung unterscheidet sich von den bekannten Lösungen zumindest dadurch, dass der Klarwasserstrom und der Unterlaufstrom aus dem Hydrozyklon
Zur Verbesserung der Klärwirkung des Hydrozyklons
Neben den beschriebenen Ausführungsformen zur Schwarzwasserbehandlung liegen auch andere Modifikationen der vorliegenden Erfindung im Schutzbereich, sofern sie in der Quenchwasserzuführung zur Quenchkammer
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vergasungsreaktor gasification reactor
- 22
- Reaktionskammer reaction chamber
- 33
- Brenner burner
- 44
- Quenchkammer quench
- 55
- Wasserbad water bath
- 66
- Quencheinrichtung quench
- 7 7
- Schlackeaustrag slag discharge
- 88th
- Rohsynthesegasleitung Rohsynthesegasleitung
- 99
- Hochdruckgrauwasser High pressure greywater
- 1010
- Venturiwäscher, Gaswäscher Venturi scrubber, scrubber
- 1111
- Gaswäscher gas scrubber
- 1212
- Rohgas-Tauchrohr Raw gas immersion tube
- 1313
- Wasserbad water bath
- 1414
- Prozessabwasser, Schwarzwasser) Process waste water, black water)
- 1515
- Pumpe pump
- 1616
- Hydrozyklon hydrocyclone
- 1717
- Klarwasser clear water
- 1818
- Drosselventil throttle valve
- 1919
- Unterlauf underflow
- 2020
- Prozessabwasser, Schwarzwasser Process wastewater, black water
- 2121
- Prozessabwasser Schwarzwasser Process waste water black water
- 2222
- Bodenkolonne tray column
- 2323
- Hochdruckgrauwasser High pressure greywater
- 2424
- Kondensat condensate
- 2525
- Synthesegas synthesis gas
- 2626
- Reinigungseinrichtung cleaning device
- n, mn, m
- natürliche Zahlen (n, m > 0) natural numbers (n, m> 0)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 2444819 A1 [0006] DE 2444819 A1 [0006]
- DE 3537493 A1 [0007] DE 3537493 A1 [0007]
- DE 102010040493 A1 [0008] DE 102010040493 A1 [0008]
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- 2016-02-03 CN CN201620109981.8U patent/CN205740923U/en active Active
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R082 | Change of representative | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |