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 claim 1.

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 DE 24 44 819 A1 ist es bekannt, Rohsynthesegas aus einem Kohledruckvergaser in einem nachgeordneten Nasswäscher (Waschkühler) mit Sprühturm und Wasserbad von Teer und Staub zu befreien. Aus dem Bodenauslauf des Wasserbades wird mit Teer und Schlacke beladenes Waschwasser abgezogen und in einem oder mehreren in Reihe geschalteten Hydrozyklonen gereinigt. Das gereinigte Waschwasser wird anschließend dem Kopf des Waschkühlers wieder zugeführt. Der Wasserkreislauf Waschkühler-Hydrozyklone-Waschkühler verbleibt vollständig auf dem Druckniveau des Gaserzeugers, die Staub und Teerbestandteile aus dem Unterlauf der Hydrozyklone werden als Konzentrat ausgeschleust und unter Normaldruck nachbehandelt. Das dabei zurückgewonnene Waschwasser wird nach einer Druckerhöhung ebenso wie das Hydrozyklon-Klarwasser dem Kopf des Waschkühlers zugeleitet. From the DE 24 44 819 A1 It is known to liberate crude synthesis gas from a coal-pressure gasifier in a downstream wet scrubber (washer-cooler) with spray tower and water bath of tar and dust. From the bottom outlet of the water bath is loaded with tar and slag loaded washing water and purified in one or more series-connected hydrocyclones. The purified wash water is then returned to the head of the wash cooler. The water cycle washer-hydrocyclone washing cooler remains completely at the pressure level of the gas generator, the dust and tar constituents from the lower reaches of the hydrocyclones are discharged as a concentrate and aftertreated under normal pressure. The washing water thus recovered is fed to the head of the washing cooler after an increase in pressure as well as the hydrocyclone clear water.

In der DE 35 37 493 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Quenchwasser beschrieben, bei dem ein Rohgas in einem Quenchraum abgekühlt und einer Gaswäsche unterworfen wird, wobei Frischwasser und Prozesskondensat in den Gaswäscher eingespeist werden. Das dabei anfallende Prozessabwasser und das aus dem Wasserbad des Quenchraumes abgezogene Wasser werden gemeinsam einem Hydrozyklon zugeführt. Dessen Klarlauf speist zu einem Teil Sprühdüsen im Quenchraum und der andere Teil wird entspannt, gekühlt und gereinigt. Der Unterlauf des Hydrozyklons leitet das Feststoff angereicherte Konzentrat über eine Austragschleuse zu einer Asche-Austragvorrichtung. In the DE 35 37 493 A1 a process for the treatment of quench water is described in which a crude gas is cooled in a quench and subjected to gas scrubbing, fresh water and process condensate are fed into the gas scrubber. The resulting process waste water and the withdrawn from the water of the quench water are fed together to a hydrocyclone. Its clear-running feeds to a part spray nozzles in the quench room and the other part is relaxed, cooled and cleaned. The underflow of the hydrocyclone passes the solids enriched concentrate via a discharge lock to an ash discharge device.

Gegenstand der DE 10 2010 040 493 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kreislaufführung von Prozesswässern eines Flugstromreaktors, wobei Rußwasser, welches Schlackewasser, Restquenchwasser, Waschwässer und Kondensate enthält, unter Verfahrensdruck mittels Hydrozyklon oder Filterpresse von Feststoffen befreit und zu Verbrauchern des Flugstromvergasers zurückgeführt wird. Der Unterlauf des einen oder mehrerer Hydrozyklone transportiert das Feststoffkonzentrat in einen Schlammbehälter und über eine Entspannungsschleuse zu einer Filterpresse, in der Kreislaufwasser diskontinuierlich zurückgewonnen wird. Subject of the DE 10 2010 040 493 A1 is an apparatus and method for recirculating process waters of a fly-back reactor wherein soot water containing slag water, residual quench water, wash waters and condensates is freed of solids under process pressure by hydrocyclone or filter press and returned to consumers of the entrainer gasifier. The underflow of one or more hydrocyclones transports the solid concentrate into a sludge tank and over a Relaxation lock to a filter press, in which circulating water is recovered discontinuously.

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:

1: schematische Darstellung der Vorrichtung zur Behandlung von Prozessabwasser 1 : schematic representation of the device for the treatment of process wastewater

2: die Prozessabwasser-Aufbereitung mit einer zweistufigen Anordnung von Hydrozyklonen 2 : Process wastewater treatment with a two-stage arrangement of hydrocyclones

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 1 ersichtlich, ist die vorgeschlagene Vorrichtung zur Behandlung von Feststoff beladenem Prozessabwasser, das bei der Reinigung von Synthesegas entsteht, in eine Flugstrom-Vergasungsanlage zur Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen eingebunden. Ebenso kann die vorgeschlagene Lösung auch in Wirbelschicht-, Fließbett- oder Festbett-Vergasungsanlagen eingesetzt werden, sofern eine Rohgas-Quencheinrichtung vorhanden ist. Like from the 1 As can be seen, the proposed device for the treatment of solids laden process wastewater, which is formed during the purification of synthesis gas, integrated into an entrained flow gasification plant for the production of synthesis gas from carbonaceous fuels. Likewise, the proposed solution can also be used in fluidized bed, fluidized bed or fixed bed gasification plants, provided that a crude gas quench device is present.

In einer Reaktionskammer 2 eines Flugstrom-Vergasungsreaktors 1 ist bei hohen Temperaturen und Drücken mit Hilfe eines Brenners 3 aus den Reaktionspartnern Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in einer exothermen Teiloxidation des Kohlenstoffes ein Rohsynthesegas erzeugbar, das in einer anschließenden Quenchkammer 4 mittels Quencheinrichtungen 6 und einem Wasserbad 5 mit jeweils einer Wasserzuführung im Kontakt mit dem Wasser abkühlbar ist. Unter Quencheinrichtungen 6 sind alle Wasserverbraucher zu verstehen, die der Quenchkammer 4 zugeordnet sein können, beispielsweise Sprühvorrichtungen zur Zerstäubung von Quenchwasser im Rohsynthesegasstrom oder Ringverteiler zur Erzeugung von schützenden Wasserfilmen auf Rohr- oder Behälterwandoberflächen. In a reaction chamber 2 an air flow gasification reactor 1 is at high temperatures and pressures with the help of a burner 3 from the reaction partners carbon, hydrogen and oxygen in an exothermic partial oxidation of the carbon a Rohsynthesegas generated in a subsequent quench 4 by quenching means 6 and a water bath 5 can be cooled in each case with a water supply in contact with the water. Under quenching facilities 6 are all water consumers who understand the quenching chamber 4 can be assigned For example, spray devices for atomizing quench water in the raw synthesis gas stream or ring manifold for producing protective water films on pipe or container wall surfaces.

Das Wasserbad 5 in einem unteren Abschnitt der Quenchkammer 4 ist zur Abtrennung eines ersten Teils der aus den mineralischen Reststoffen der Kohle entstandenen Schlacke vorgesehen. Die im Wasserbad 5 sedimentierte Schlacke wird über den Schlackeaustrag 7 aus dem Drucksystem ausgeschleust. The water bath 5 in a lower portion of the quench chamber 4 is intended for the separation of a first part of the resulting from the mineral residues of the coal slag. The in the water bath 5 sedimented slag becomes over the slag discharge 7 discharged from the printing system.

Am Rohgasaustritt der Quenchkammer 4 ist eine Rohsynthesegasleitung 8 angeordnet, die den Rohgasstrom zu Gaswäschern 10, 11 leitet, in denen die noch im Rohsynthesegasstrom verbliebenen Asche- und Schlackepartikeln abtrennbar sind. At the raw gas outlet of the quench chamber 4 is a raw synthesis gas line 8th arranged, which the raw gas stream to gas scrubbers 10 . 11 in which the ash and slag particles remaining in the raw synthesis gas stream can be separated.

Die Feststoffabtrennung aus dem Rohsynthesegas erfolgt zumindest mit einem Gaswäscher 11, der, wie im Ausführungsbeispiel realisiert, mit einem oder mit mehreren Venturiwäschern 10 kombiniert sein kann. The solids separation from the crude synthesis gas takes place at least with a gas scrubber 11 which, as implemented in the embodiment, with one or more venturi scrubbers 10 can be combined.

Der Gaswäscher 11 enthält beispielsweise einen Nassabscheider mit einem Wasserbad 13, in das ein Rohgas-Tauchrohr 12 eintaucht, und eine darüber angeordnete Bodenkolonne 22, wobei die Bodenkolonne 22 beispielsweise Glockenböden enthalten kann und mit Hochdruckgrauwasser 23 und/oder Kondensat 24 im Gegenstrom zum Rohsynthesegas betreibbar ist. The gas scrubber 11 contains, for example, a wet scrubber with a water bath 13 into which a raw gas dip tube 12 dips, and a arranged above it tray column 22 , wherein the tray column 22 For example, can contain bubble trays and with high pressure water 23 and / or condensate 24 is operated in countercurrent to the crude synthesis gas.

Der Ausgang des Venturiwäschers 10 ist mit dem Rohgas-Tauchrohr 12 des Gaswäschers 11 verbunden. Eine Leitung für mit Schlacke beladenes Prozessabwasser 14 ist aus dem Wasserbad 13 des Gaswäschers 11 zu einem Einlauf eines Hydrozyklons 16 geführt. Im Zulauf zum Hydrozyklon 16 ist eine Pumpe 15 angeordnet. The exit of the venturi scrubber 10 is with the raw gas dip tube 12 the scrubber 11 connected. A pipe for slag-laden process waste water 14 is from the water bath 13 the scrubber 11 to an inlet of a hydrocyclone 16 guided. In the inlet to the hydrocyclone 16 is a pump 15 arranged.

Eine Zuleitung für das Klarwasser 17 aus dem Überlauf des Hydrozyklons 16 ist mit den Quencheinrichtungen 6 in der Quenchkammer 4 verbunden. A supply line for the clear water 17 from the overflow of the hydrocyclone 16 is with the quenching devices 6 in the quench chamber 4 connected.

Erfindungsgemäß ist der Unterlauf 19 des Hydrozyklons 16 mit dem Wasserbad 5 der Quenchkammer 4 verbunden. Eine Ableitung für stark mit Feststoff beladenes Prozessabwasser 21 ist an einem tiefsten Punkt eines konischen Bodens des Wasserbades 13 angeordnet und zu einer nachgeordneten Reinigungseinrichtung 26 geführt. According to the invention, the underflow 19 of the hydrocyclone 16 with the water bath 5 the quench chamber 4 connected. A discharge for heavily laden with solid process wastewater 21 is at a lowest point of a conical bottom of the water bath 13 arranged and to a downstream cleaning device 26 guided.

Zur Verbesserung des Reinigungseffektes von Hydrozyklonen ist es zweckmäßig, gemäß 2 mehrere, vorzugsweise zwei seriell angeordnete Hydrozyklone 16 einzusetzen, wobei der Einlauf des in Strömungsrichtung ersten Hydrozyklons 16 mit dem Gaswäscher 11 und die Leitung für das Klarwasser 17 aus dem Überlauf des letzten Hydrozyklons 16 mit der Quencheinrichtung 6 verbunden ist. Die schlammführenden Unterläufe 19 der Hydrozyklone 16 münden mit einer gemeinsamen Zuleitung in das Wasserbad 5 der Quenchkammer 4. To improve the cleaning effect of hydrocyclones, it is expedient, according to 2 several, preferably two serially arranged hydrocyclones 16 insert, wherein the inlet of the first hydrocyclone in the flow direction 16 with the gas scrubber 11 and the pipe for the clear water 17 from the overflow of the last hydrocyclone 16 with the quenching device 6 connected is. The mud-leading underflows 19 hydrocyclones 16 open with a common supply line in the water bath 5 the quench chamber 4 ,

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 4 geleiteten Kreislaufwassers ist es vorteilhaft, wenn ein Drosselventil 18 in der Zuleitung des Klarwassers 17 aus dem Überlauf des Hydrozyklons 16 zur Quenchkammer 4 angeordnet ist. For a regulation of the quench chamber 4 guided circulating water, it is advantageous if a throttle valve 18 in the supply line of the clear water 17 from the overflow of the hydrocyclone 16 to the quench chamber 4 is arranged.

Aus dem Wasserbad 5 der Quenchkammer 4 ist eine weitere Abwasserleitung für Schwarzwasser 20 zu der nachgeordneten Reinigungseinrichtung 26 geführt. From the water bath 5 the quench chamber 4 is another sewer pipe for black water 20 to the downstream cleaning device 26 guided.

Die Reinigungseinrichtung 26 ist eine separate, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Abtrennung von Verunreinigungen aus dem abgeführten Schwarzwasser, die üblicherweise unter Umgebungsdruck betrieben wird. Hier können Flash-Destillation, Absetzbecken, Filteranlagen o.ä. mit oder ohne Ausfällung der Feststoffpartikel zur Feststoffabtrennung zum Einsatz kommen. The cleaning device 26 is a separate, known from the prior art device for the separation of impurities from the discharged black water, which is usually operated under ambient pressure. Here can flash distillation, sedimentation tanks, filter plants or similar. be used with or without precipitation of the solid particles for solids separation.

Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
In der Reaktionskammer 2 eines Vergasungsreaktors 1 wird in der Flammenzone eines oder mehrerer Brenner 3 bei hohen Temperaturen und hohen Drücken ein Rohsynthesegas erzeugt, das anschließend in eine Quenchkammer 4 überströmt und dort im Kontakt mit Wasser abgekühlt wird. Dabei wird auch ein großer Teil an mittransportierten Schlackepartikeln im Wasserbad 5 abgeschieden.
For the operation of the device according to the invention:
In the reaction chamber 2 a gasification reactor 1 is in the flame zone of one or more burners 3 produced at high temperatures and high pressures a raw synthesis gas, which subsequently into a quenching chamber 4 overflowed and cooled there in contact with water. It also a large part of mittransportierten slag particles in a water bath 5 deposited.

Nach dem Verlassen der Quenchkammer 4 wird das Rohsynthesegas in zwei Gaswäschern 10, 11 gereinigt. Das Rohsynthesegas wird zunächst in einem Venturiwäscher 10 mit Hochdruckgrauwasser 9 intensiv vermischt, wobei die noch enthaltenen feinen Asche- und Schlackepartikel mit Wasser benetzt und agglomeriert werden. Das Grauwasser beladene Rohsynthesegas strömt danach durch das Rohgas-Tauchrohr 12 in ein Wasserbad 13 eines zweiten Gaswäschers 11 ein, wobei die agglomerierten Asche- und Schlackepartikel im Wasserbad 13 zurückgehalten werden. After leaving the quench chamber 4 The raw synthesis gas is put into two scrubbers 10 . 11 cleaned. The raw synthesis gas is first in a Venturi scrubber 10 with high pressure gray water 9 intensively mixed, wherein the remaining fine ash and slag particles wetted with water and agglomerated. The greywater-laden raw synthesis gas then flows through the raw gas immersion tube 12 in a water bath 13 a second scrubber 11 a, wherein the agglomerated ash and slag particles in a water bath 13 be withheld.

Das vorgereinigte Synthesegas aus dem Wasserbad 13 (dargestellt durch Pfeile) durchströmt die Bodenkolonne 22 oberhalb des Wasserbades 13 und wird dabei im Gegenstrom zunächst mit Hochdruckgrauwasser 23, welches von der Reinigungseinrichtung 26 bereitgestellt wird, und danach mit Feststoff freiem Kondensat 24 aus einer (nicht dargestellten) Prozesskühlung gewaschen, wobei der Feinstaubanteil aus dem Rohgas abgetrennt wird. Das so mechanisch gereinigte Synthesegas 25 verlässt den Gaswäscher 11 oberhalb der Bodenkolonne 22 und wird danach weiteren chemischen Reinigungsprozessen zugeführt. Das Waschwasser aus der Bodenkolonne 22 wird im Wasserbad 13 aufgefangen. The pre-purified synthesis gas from the water bath 13 (represented by arrows) flows through the tray column 22 above the water bath 13 and is doing countercurrent initially with high-pressure gray water 23 that of the cleaning device 26 is provided, and then with solid free condensate 24 washed from a (not shown) process cooling, the particulate matter is separated from the raw gas. The mechanically purified synthesis gas 25 leaves the gas scrubber 11 above the tray column 22 and is then fed to further chemical cleaning processes. The washing water from the tray column 22 is in a water bath 13 collected.

Anstelle der beschriebenen zwei Gaswäscher 10, 11 sind auch mehr oder andere Nassabscheider mit einem gemeinsamen Prozessabwasser-Sammelbehälter einsetzbar. Instead of the described two gas scrubbers 10 . 11 are also more or other wet scrubber with a common process wastewater collection container used.

In der beschriebenen Anordnung des Ausführungsbeispiels wird der gesamte aus dem Rohgas entfernte Staub im Wasserbad 13 gesammelt. In the described arrangement of the embodiment, the entire dust removed from the raw gas is in the water bath 13 collected.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Gaswäschers 11 wird das gesammelte Schwarzwasser mit unterschiedlichem Feststoffanteil aus dem Wasserbad 13 entnommen. In an expedient embodiment of the gas scrubber 11 The collected black water with different solids content from the water bath 13 taken.

Das Schwarzwasser 14 mit geringerem Feststoffgehalt, das etwa aus mittlerer Höhe des Wasserbades 13 mit Hilfe der Pumpe 15 abgesaugt wird, wird dem Hydrozyklon 16 zugeführt. Im Hydrozyklon 16 erfolgt eine Aufkonzentrierung des Feststoffes, der den Hydrozyklon 16 über den Unterlauf 19 verlässt und in das mit Schlacke beladene Wasserbad 5 des Quenchers 4 eingeleitet wird. Das Klarwasser 17 aus dem Hydrozyklon 16 kann zur Rohgaskühlung im Quencher 4 eingesetzt werden, indem es wegen seines geringen Feststoffgehaltes den Quencheinrichtungen 6 im Quencher 4 zugeführt wird. Das Klarwasser 17 wird dort vorzugsweise feindispers im Rohsynthesegasstrom zerstäubt, wobei es verdampft und dabei Wärme aus dem Rohsynthesegasstrom aufnimmt. Üblicherweise werden Quenchdüsenringe im Bereich des Gaseintritts in die Quenchkammer 4 angeordnet, um dort eine „Flash-Kühlung“ des Rohsynthesegases zu erreichen. The black water 14 with a lower solids content, approximately from mid-height of the water bath 13 with the help of the pump 15 is sucked off, the hydrocyclone 16 fed. In the hydrocyclone 16 There is a concentration of the solid, which is the hydrocyclone 16 over the lower reaches 19 leaves and in the loaded with slag water bath 5 the quencher 4 is initiated. The clear water 17 from the hydrocyclone 16 can be used for raw gas cooling in the quencher 4 be used by it because of its low solids content the quenching 6 in the quencher 4 is supplied. The clear water 17 It is preferably atomized finely dispersed in the raw synthesis gas stream, whereby it evaporates and thereby absorbs heat from the Rohsynthesegasstrom. Usually, quench nozzle rings are in the region of the gas inlet into the quench chamber 4 arranged there to achieve a "flash cooling" of the raw synthesis gas.

Ebenso kann das Klarwasser 17 auch zum Aufbau von Wasserfilmen auf Einbauten oder Wandflächen der Quenchkammer 4 dienen. Likewise, the clear water 17 also for the construction of water films on internals or wall surfaces of the quench chamber 4 serve.

Mit dem Drosselventil 18 in der Zuleitung des Klarwassers 17 werden der Durchsatz und damit auch das Trennverhalten des Hydrozyklons 16 angepasst und die Volumenströme zur Quencheinrichtung 6 und zum Wasserbad 5 in der Quenchkammer 4 beeinflusst. With the throttle valve 18 in the supply line of the clear water 17 are the throughput and thus the separation behavior of the hydrocyclone 16 adapted and the volume flows to the quench device 6 and to the water bath 5 in the quench chamber 4 affected.

Eine Entfernung des fortwährend aus dem Rohsynthesegas abgetrennten Feststoffes aus dem Prozesswasserkreislauf erfolgt über die Abwasserleitungen (Schwarzwasser 20, 21) aus den Wasserbädern 5, 13. A removal of the continuously separated from the raw synthesis gas solid from the process water cycle via the sewers (black water 20 . 21 ) from the water baths 5 . 13 ,

Das zu reinigende Prozessabwasser 20, 21 muss zur Ausschleusung aus dem Drucksystem der Vergasungsanlage in einer (symbolisch mit Strichlinie dargestellten) Entspannungsschleuse entspannt und nach der Reinigung wieder eingeschleust werden. Deshalb sind die Bemühungen zu einer optimalen Betriebsweise der Gasreinigungseinrichtungen darauf gerichtet, den Anteil des im Kreislauf unter Systemdruck geführten Kreislaufwassers möglichst hoch zu halten und den Anteil des hochbeladenen, außerhalb des Vergasungssystems in der Reinigungseinrichtung 26 zu reinigenden Schwarzwassers zu minimieren. Dementsprechend wird nur das hochbeladene Schwarzwasser 20, 21 aus dem Konusbereich der Quenchkammer 4 und aus dem Konusboden des Gaswäschers 11 in die separate Reinigungseinrichtung 26 eingeleitet. The process waste water to be cleaned 20 . 21 must be decompressed for discharge from the pressure system of the gasification plant in an expansion lock (shown symbolically with a dashed line) and reintroduced after cleaning. Therefore, the efforts to optimize the operation of the gas cleaning equipment are aimed at keeping the proportion of circulating water circulated under system pressure as high as possible and the proportion of highly loaded, outside the gasification system in the cleaning device 26 to minimize to be purified black water. Accordingly, only the highly loaded black water 20 . 21 from the cone area of the quench chamber 4 and from the cone bottom of the gas scrubber 11 in the separate cleaning device 26 initiated.

Die vorgeschlagene Prozesswasserbehandlung unterscheidet sich von den bekannten Lösungen zumindest dadurch, dass der Klarwasserstrom und der Unterlaufstrom aus dem Hydrozyklon 16 an zwei verschiedenen Orten in die Quenchkammer 4 eingespeist wird, wodurch eine gesonderte Ausschleusung des Hydrozyklon-Unterlaufs entfällt. The proposed process water treatment differs from the known solutions at least in that the clear water flow and the underflow stream from the hydrocyclone 16 in two different places in the quench chamber 4 is fed, whereby a separate discharge of the hydrocyclone underflow is eliminated.

Zur Verbesserung der Klärwirkung des Hydrozyklons 16 können mehrere Hydrozyklone 16 in Reihe geschaltet werden, so dass das Klarwasser aus dem ersten Hydrozyklon 16 im zweiten Hydrozyklon 16 nachgereinigt wird. Zur besseren Abtrennung auch feinster Staubpartikel kann in der zweiten Stufe eine noch intensivere Feststoffabtrennung in mehreren kleineren Hydrozyklonen 16 in Parallelschaltung vorgesehen werden. Auf diese Weise kann die Gefahr von Verstopfungen in den Quencheinrichtungen 6, insbesondere bei Zerstäubungsdüsen, sicher vermindert werden. To improve the clarification effect of the hydrocyclone 16 can use several hydrocyclones 16 be connected in series, so that the clear water from the first hydrocyclone 16 in the second hydrocyclone 16 is cleaned. For better separation of even the finest dust particles, in the second stage an even more intensive separation of solids in several smaller hydrocyclones 16 be provided in parallel. In this way, the risk of blockages in the quenching devices 6 , especially at Zerstäubungsdüsen be safely reduced.

Neben den beschriebenen Ausführungsformen zur Schwarzwasserbehandlung liegen auch andere Modifikationen der vorliegenden Erfindung im Schutzbereich, sofern sie in der Quenchwasserzuführung zur Quenchkammer 4 eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung zur Feststoffabtrennung aus Prozessabwasser aufweisen, deren Ausgänge mit einer Quenchkammer 4 verbunden sind. In addition to the described embodiments for black water treatment, other modifications of the present invention are within the scope of protection, provided that they are in the Quenchwasserzuführung to the quench chamber 4 have a continuous device for the separation of solids from process wastewater, whose outputs with a quenching chamber 4 are connected.

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

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  • DE 102010040493 A1 [0008] DE 102010040493 A1 [0008]

Claims (8)

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. Apparatus for treating solids-laden process waste water which is produced during the purification of synthesis gas in a gasification plant for the production of synthesis gas from carbon-containing 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 to the reaction chamber ( 2 ) subsequent quenching chamber ( 4 ) for cooling the crude synthesis gas, which quenching devices ( 6 ) and a water bath ( 5 ) with water supply, • at least one gas scrubber ( 11 ) for solids separation from the Rohsynthesegasstrom, which the Quenchkammer ( 4 ), at least one hydrocyclone ( 16 ), the process wastewater from the at least one gas scrubber ( 11 ), • a line which overflows the hydrocyclone ( 16 ) for clear water ( 17 ) with the quenching devices ( 6 ) in the quench chamber ( 4 ), characterized in that an underflow ( 19 ) of the hydrocyclone ( 16 ) with the water bath ( 5 ) of the quench chamber ( 4 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auch einen Venturiwäscher (10) zur Feststoffabtrennung aus dem Rohsynthesegas umfasst. Device according to claim 1, characterized in that the device also comprises a venturi scrubber ( 10 ) for solids separation from the raw synthesis gas. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswäscher (11) einen Nassabscheider enthält mit einem Wasserbad (13), in das ein Rohgas-Tauchrohr (12) eintaucht, und mit einer darüber angeordneten Bodenkolonne (22), wobei die Bodenkolonne (22) mit Hochdruckgrauwasser (23) und/oder Kondensat (24) im Gegenstrom zum Rohsynthesegas betreibbar ist. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the gas scrubber ( 11 ) contains a wet scrubber with a water bath ( 13 ) into which a crude gas dip tube ( 12 ) and with a tray column ( 22 ), wherein the tray column ( 22 ) with high-pressure gray water ( 23 ) and / or condensate ( 24 ) is operated in countercurrent to the crude synthesis gas. Vorrichtung nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Rohgasaustritt an der Quenchkammer (4) des Vergasungsreaktors (1) mit dem Venturiwäscher (10) über eine Rohsynthesegasleitung (8) verbunden ist, • der Ausgang des Venturiwäschers (10) mit dem Rohgas-Tauchrohr (12) des Gaswäschers (11) verbunden ist, • eine Prozessabwasserleitung (14) aus dem Wasserbad (13) des Gaswäschers (11) zu einem Einlauf des Hydrozyklons (16) geführt ist, • der Überlauf des Hydrozyklons (16) für Klarwasser (17) mit Quencheinrichtungen (6) in der Quenchkammer (4) verbunden ist und • der Unterlauf (19) des Hydrozyklons (16) mit dem Wasserbad (5) in der Quenchkammer (4) verbunden ist. Apparatus according to claim 3 in conjunction with claim 2, characterized in that • a raw gas outlet at the quench chamber ( 4 ) of the gasification reactor ( 1 ) with the venturi scrubber ( 10 ) via a crude synthesis gas line ( 8th ), the outlet of the venturi scrubber ( 10 ) with the crude gas immersion tube ( 12 ) of the scrubber ( 11 ), • a process waste water line ( 14 ) from the water bath ( 13 ) of the scrubber ( 11 ) to an inlet of the hydrocyclone ( 16 ), • the overflow of the hydrocyclone ( 16 ) for clear water ( 17 ) with quenching devices ( 6 ) in the quench chamber ( 4 ) and • the lower reaches ( 19 ) of the hydrocyclone ( 16 ) with the water bath ( 5 ) in the quench chamber ( 4 ) connected is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abwasserleitungen für Prozessabwasser (14, 21) aus dem Wasserbad (13) des Gaswäschers (11) herausgeführt sind, wobei eine Leitung für Prozessabwasser (21) an einem tiefsten Punkt eines konischen Bodens des Wasserbades (13) angeordnet ist und zu einer nachgeordneten Reinigungseinrichtung (26) geführt ist und eine andere Leitung für Prozessabwasser (14) von einer mittleren Höhe des Wasserbades (13) zum Einlauf des Hydrozyklons (16) geführt ist. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that two waste water pipes for process wastewater ( 14 . 21 ) from the water bath ( 13 ) of the scrubber ( 11 ), whereby a line for process wastewater ( 21 ) at a lowest point of a conical bottom of the water bath ( 13 ) and to a downstream cleaning device ( 26 ) and another line for process wastewater ( 14 ) from a mean height of the water bath ( 13 ) to the inlet of the hydrocyclone ( 16 ) is guided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei oder mehr seriell angeordnete Hydrozyklone (16), wobei der Einlauf des in Strömungsrichtung ersten Hydrozyklons (16) mit einer Leitung für Prozessabwasser des Gaswäschers (11) verbunden ist und der Überlauf für Klarwasser (17) und der Unterlauf (19) des letzten Hydrozyklons (16) zur Quenchkammer (4) geführt sind. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by two or more serially arranged hydrocyclones ( 16 ), wherein the inlet of the first hydrocyclone in the flow direction ( 16 ) with a line for process waste water of the scrubber ( 11 ) and the overflow for clear water ( 17 ) and the lower reaches ( 19 ) of the last hydrocyclone ( 16 ) to the quench chamber ( 4 ) are guided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselventil (18) in der Überlaufleitung für das Klarwasser (17) eines Hydrozyklons (16) zur Quenchkammer (4) angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a throttle valve ( 18 ) in the overflow line for the clear water ( 17 ) of a hydrocyclone ( 16 ) to the quench chamber ( 4 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung für Prozessabwasser (20) aus dem Wasserbad (5) der Quenchkammer (4) zu der Reinigungseinrichtung (26) geführt ist. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a line for process wastewater ( 20 ) from the water bath ( 5 ) of the quench chamber ( 4 ) to the cleaning device ( 26 ) is guided.
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