DE202017103568U1

DE202017103568U1 - Gasification plant with tar removal

Info

Publication number: DE202017103568U1
Application number: DE202017103568.9U
Authority: DE
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2027-06-15

Abstract

Anlage zum Herstellen eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases durch Vergasen von Kohle, insbesondere Kohle mit niedrigerem Inkohlungsgrad als Steinkohle, umfassend die folgenden, miteinander in Fluidverbindung stehenden Baugruppen und Anlagenbestandteile: (a) Mittel zum Bereitstellen von Kohle als Vergasungseinsatz, (b) Mittel zum Bereitstellen eines oder mehrerer Vergasungsmittel und/oder Moderatoren, (c) Mittel zum Zuführen der Kohle als Vergasungseinsatz und des oder der Vergasungsmittel und/oder Moderatoren zu einem Vergasungsreaktor, (d) einen Vergasungsreaktor, geeignet zum mindestens teilweisen Umsetzen des Vergasungseinsatzes mit dem einen oder mehreren Vergasungsmitteln und/oder Moderatoren unter Vergasungsbedingungen in ein Rohsynthesegas, umfassend Wasserstoff, Kohlenoxide und Teer in Form gasgetragener Partikel, (e) Mitteln zum Ausleiten des Rohsynthesegases aus dem Vergasungsreaktor und Mittel zum Einleiten des Rohsynthesegases in einen nicht-thermischen Plasmareaktor, (f) einen nicht-thermischen Plasmareaktor, geeignet zum mindestens teilweisen Umsetzen des Teers in mindestens ein Reaktionsprodukt, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend: Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Kokspartikel, (g) Mittel zum Ausleiten des mindestens teilweise von Teer befreiten Rohsynthesegases aus dem nicht-thermischen Plasmareaktor und Mittel zum Einleiten des mindestens teilweise von Teer befreiten Rohsynthesegases in eine Koksabscheidevorrichtung, (h) eine Koksabscheidevorrichtung, geeignet zum mindestens teilweisen Abscheiden der Kokspartikel aus dem Rohsynthesegas, (i) Mittel zum Ausleiten des mindestens teilweise von Teer und Kokspartikeln befreiten Rohsynthesegases aus der Koksabscheidevorrichtung.Plant for producing a synthesis gas comprising hydrogen and carbon oxides by gasification of coal, in particular coal of lower coalification rank than bituminous coal, comprising the following interconnected assemblies and equipment components: (a) means for providing coal as a gasification feed, (b) means for Providing one or more gasification agents and / or moderators, (c) means for feeding the coal as a gasification feed and the gasification agent (s) and / or moderators to a gasification reactor, (d) a gasification reactor suitable for at least partially reacting the gasification feed with the one or more gasification means a plurality of gasification agents and / or moderators under gasification conditions in a raw synthesis gas comprising hydrogen, carbon oxides and tar in the form of gas-borne particles, (e) means for discharging the raw synthesis gas from the gasification reactor and means for introducing the raw synthesis gas into a non-thermal a plasma reactor, (f) a non-thermal plasma reactor suitable for at least partially reacting the tar in at least one reaction product selected from a group comprising: hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, coke particles, (g) means for discharging the latter at least in part crude synthesis gas from tar removed from the non-thermal plasma reactor; and means for introducing the crude synthesis gas at least partially freed of tar into a coke separator; (h) a coke separator suitable for at least partially separating the coke particles from the raw synthesis gas; (i) means for discharging the at least one partly from tar and coke particles liberated raw synthesis gas from the Koksabscheidevorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vergasungsanlage zur Kohlevergasung mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Teeranteilen aus dem bei der Kohlevergasung erzeugten Rohsynthesegas. Die Teeranteile sind dabei in dem Rohsynthesegas als feine Partikel, Nebel oder Aerosol dispergiert. The invention relates to a gasification plant for coal gasification with a device for removing tar constituents from the raw synthesis gas produced in the coal gasification. The tar constituents are dispersed in the crude synthesis gas as fine particles, mist or aerosol.

Stand der Technik State of the art

Als Synthesegase bezeichnet man Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltende Gasgemische, die in verschiedenen Synthesereaktionen Verwendung finden. Beispiele hierfür sind die Methanolsynthese, die Herstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren oder die Fischer-Tropsch-Synthese. As a synthesis gas is called hydrogen and carbon oxides containing gas mixtures, which find use in various synthesis reactions. Examples include the synthesis of methanol, the production of ammonia by the Haber-Bosch process or the Fischer-Tropsch synthesis.

Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen ist die Vergasung von Kohle mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren unter Verwendung von Wasserdampf (nachfolgend vereinfachend als Dampf bezeichnet) und Sauerstoff oder Luft als Vergasungsmittel in einem Schachtreaktor unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Synthesegas, wobei je nach Verfahrensführung der Vergasung eine feste Asche oder flüssige Schlacke als Nebenprodukte erhalten werden. Da die als Einsatzgut zugegebene Kohle während des Vergasungsvorgangs kontinuierlich aufgezehrt wird, wodurch das Kohlefestbett fortwährend schwerkraftbedingt nach unten sinkt, während gleichzeitig von oben frisches Einsatzgut zugegeben wird, handelt es sich in Bezug auf das Feststoffbett eher um ein Wanderbettverfahren, da sich das Feststoffbett im Gegenstrom zu den an der Unterseite des Vergasungsreaktors zugegebenen, gasförmigen Vergasungsmitteln bewegt. A common method for producing synthesis gases is the gasification of coal by means of fixed bed pressure gasification reactors using steam (hereinafter referred to simply as steam) and oxygen or air as a gasification agent in a shaft reactor under overpressure to a syngas containing carbon monoxide and hydrogen, with gasification depending on the process a solid ash or liquid slag can be obtained as by-products. Since coal added as a feedstock is continuously consumed during the gasification process, whereby the fixed bed of coal continuously sinks downwardly while at the same time adding fresh feedstock from above, it is more of a moving bed process with respect to the solids bed since the solids bed is in countercurrent flow to the gassing agents added at the bottom of the gasification reactor.

Eine weit verbreitete Version des Wanderbettvergasers ist der Lurgi-Druckvergaser mit trockenem Aschebett (Lurgi-FBDB-(fixed bed dry bottom)-Vergaser), der seit den 1930er Jahren kommerziell eingesetzt wird. Der Vergaser ist von einem Wassermantel zur Kühlung umgeben, in dem Prozessdampf erzeugt wird. Vorratsbehälter und ein Schleusensystem zum Zuführen der als Einsatzgut dienenden Kohle (typischerweise Partikel der Größe 3 bis 50 mm) sind oben auf dem Vergaser montiert. Ein motorgetriebener Verteiler wird verwendet, um die in die Reaktionskammer eintretende Kohle gleichmäßig über das Kohlebett zu verteilen. In einigen Ausführungen ist ein mechanischer Rührer enthalten, um den Einsatz backender Kohlen zu ermöglichen. Ein motorbetriebener Drehrost am Boden des Vergasers wird verwendet, um die entstandene Asche abzuziehen, die über ein entsprechendes Schleusensystem ausgetragen und einem Vorratsbehälter zugeführt wird. Dampf und Sauerstoff oder Luft werden am Boden des Vergasers als Vergasungsmittel eingeführt und über den Drehrost in das Kohlebett verteilt. Der Rost stützt das Kohlebett und wird ständig gedreht, um einen konstanten, gleichmäßigen Austrag der Asche zu gewährleisten. Rohsynthesegas als Produktgas wird an der Oberseite des Vergasers mit einer typischen Temperatur zwischen 400 und 600 °C ausgeleitet und strömt durch einen Wäscher-Kühler, wo es gekühlt und gewaschen wird. Eine weitere Kühlung, Reinigung und Konditionierung des Gases erfolgt je nach gewünschter Anwendung. A widely used version of the moving bed gasifier is the Lurgi dry-bed pressurized gasifier (Lurgi-FBDB (fixed bed dry bottom) gasifier) which has been in commercial use since the 1930's. The carburetor is surrounded by a water jacket for cooling, in which process steam is generated. Reservoirs and a lock system for feeding the feed coal (typically 3 to 50 mm particles) are mounted on top of the carburetor. A motorized manifold is used to evenly distribute the coal entering the reaction chamber over the coal bed. In some embodiments, a mechanical stirrer is included to allow the use of baking coals. A motorized rotary grate at the bottom of the carburettor is used to remove the resulting ash, which is discharged via a corresponding lock system and fed to a storage container. Steam and oxygen or air are introduced at the bottom of the carburetor as a gasifying agent and distributed over the rotary grate in the coal bed. The grate supports the coal bed and is constantly rotated to ensure a constant, even discharge of the ash. Raw synthesis gas as product gas is discharged at the top of the carburetor at a typical temperature between 400 and 600 ° C and flows through a scrubber cooler where it is cooled and washed. Further cooling, cleaning and conditioning of the gas takes place depending on the desired application.

Der Bau und Betrieb von Festbettdruckvergasungsreaktoren ist vergleichsweise aufwendig, da entsprechende Verdichtungsanlagen sowie druckfeste Konstruktionsmaterialien vorzusehen sind. Das Vergasungsmittel Sauerstoff muss über ein Pipelinesystem bereitgestellt oder vor Ort durch Luftzerlegung erzeugt werden. Gerade bei kleineren Anlagen lohnt sich daher oft die Bereitstellung einer solchen umfangreichen Logistik nicht. Solche Anlagen werden bevorzugt dezentral eingesetzt, um z. B. Brenn- oder Heizgase durch Kohlevergasung zu erzeugen. Es wird daher oft bevorzugt, diese Vergasungsanlagen bei Atmosphärendruck und mit Luft oder sauerstoffangereicherter Luft als Vergasungsmittel zu betreiben, um auf eine aufwendige Luftzerlegungsanlage zur Sauerstofferzeugung verzichten zu können. The construction and operation of fixed bed pressure gasification reactors is relatively expensive, since appropriate compression systems and pressure-resistant construction materials are provided. The gasification agent oxygen must be provided via a pipeline system or generated locally by air separation. Therefore, it is often not worthwhile to provide such extensive logistics, especially for smaller plants. Such systems are preferably used decentralized to z. As fuel or hot gases to produce by coal gasification. It is therefore often preferred to operate these gasification plants at atmospheric pressure and with air or oxygen-enriched air as a gasification agent to dispense with a complex air separation plant for oxygen production can.

Zudem ist es von Interesse, in solchen Vergasungsanlagen auch geringerwertige Kohle als Vergasungseinsatz einzusetzen, da ihr Preis oft geringer ist und ihre Verfügbarkeit lokal hoch sein kann. Als Qualitätsparameter wird dabei primär der Inkohlungsgrad herangezogen, der ausgehend von Torf über Braunkohle, Steinkohle zu Anthrazit hin ansteigt. Die Kohlequalitäten mit hohem Inkohlungsgrad, also Steinkohle und Anthrazit, werden vor allem in Festbettdruckvergasungsreaktoren der oben beschriebenen Typen eingesetzt, falls es beabsichtigt ist, sie einer Vergasung zuzuführen, da diese Reaktortypen geringerwertigere Kohle nicht störungsfrei verarbeiten können. In addition, it is of interest to use lower-value coal as a gasification feed in such gasification plants, since their price is often lower and their availability can be locally high. The quality parameter used here is primarily the degree of coalification, which, starting from peat, rises above brown coal, hard coal to anthracite. The coal grades with a high degree of coalification, ie hard coal and anthracite, are mainly used in fixed-bed pressure gasification reactors of the types described above, if they are intended to be gasified, since these types of reactors can not process lower-quality coal without failure.

Für den Einsatz in kleineren Vergasungsanlagen verbleiben daher vor allem Kohlequalitäten mit niedrigerem Inkohlungsgrad, beispielsweise Braunkohle bzw. Lignit. Dabei ist es von Nachteil, dass bei der Vergasung dieser Kohlequalitäten aufgrund ihres geringeren Inkohlungsgrades durch Pyrolysereaktionen mehr flüchtige Verbindungen freigesetzt werden, die im Verlauf der Aufarbeitung des erzeugten Rohsynthesegases als Teer kondensieren und zur Belegung oder Verstopfung der entsprechenden Anlagenteile führen. For use in smaller gasification plants, therefore, above all coal qualities with a lower degree of coalification remain, for example lignite or lignite. It is disadvantageous that in the gasification of coal qualities due to their lower degree of coalification by pyrolysis reactions more volatile compounds are released, which condense in the course of workup of the crude synthesis gas produced as tar and lead to occupancy or blockage of the corresponding equipment parts.

Es besteht daher Bedarf an Vergasungsanlagen, die vor allem zum Betrieb mit Kohlequalitäten mit niedrigerem Inkohlungsgrad geeignet sind und bei denen die gebildeten Teeranteile möglichst effizient aus dem erzeugten Rohsynthesegas entfernt werden. There is therefore a need for gasification plants, especially for operation with coal qualities are suitable with a lower degree of coalification and in which the tar formed parts are removed as efficiently as possible from the raw synthesis gas produced.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vergasungsanlage anzugeben, die auch für den Betrieb mit Kohlequalitäten mit niedrigerem Inkohlungsgrad geeignet sind und bei denen die gebildeten Teeranteile möglichst effizient aus dem erzeugten Rohsynthesegas entfernt werden. The object of the present invention is therefore to provide a gasification plant, which are also suitable for operation with coal grades with a lower degree of coalification and in which the tar fractions formed are removed as efficiently as possible from the raw synthesis gas produced.

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8. This object is achieved by a system having the features of claim 1. Further, advantageous embodiments of the system according to the invention will become apparent from the dependent claims 2 to 8.

Erfindungsgemäße Anlage: Inventive plant:

Anlage zum Herstellen eines Wasserstoff und Kohlenoxide umfassenden Synthesegases durch Vergasen von Kohle, insbesondere Kohle mit niedrigerem Inkohlungsgrad als Steinkohle, umfassend die folgenden, miteinander in Fluidverbindung stehenden Baugruppen und Anlagenbestandteile:

(a) Mittel zum Bereitstellen von Kohle als Vergasungseinsatz,
(b) Mittel zum Bereitstellen eines oder mehrerer Vergasungsmittel und/oder Moderatoren,
(c) Mittel zum Zuführen der Kohle als Vergasungseinsatz und des oder der Vergasungsmittel und/oder Moderatoren zu einem Vergasungsreaktor,
(d) einen Vergasungsreaktor, geeignet zum mindestens teilweisen Umsetzen des Vergasungseinsatzes mit dem einen oder mehreren Vergasungsmitteln und/oder Moderatoren unter Vergasungsbedingungen in ein Rohsynthesegas, umfassend Wasserstoff, Kohlenoxide und Teer in Form gasgetragener Partikel,
(e) Mitteln zum Ausleiten des Rohsynthesegases aus dem Vergasungsreaktor und Mittel zum Einleiten des Rohsynthesegases in einen nicht-thermischen Plasmareaktor,
(f) einen nicht-thermischen Plasmareaktor, geeignet zum mindestens teilweisen Umsetzen des Teers in mindestens ein Reaktionsprodukt, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend: Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Kokspartikel,
(g) Mittel zum Ausleiten des mindestens teilweise von Teer befreiten Rohsynthesegases aus dem nicht-thermischen Plasmareaktor und Mittel zum Einleiten des mindestens teilweise von Teer befreiten Rohsynthesegases in eine Koksabscheidevorrichtung,
(h) eine Koksabscheidevorrichtung, geeignet zum mindestens teilweisen Abscheiden der Kokspartikel aus dem Rohsynthesegas,
(i) Mittel zum Ausleiten des mindestens teilweise von Teer und Kokspartikeln befreiten Rohsynthesegases aus der Koksabscheidevorrichtung.

Plant for producing a synthesis gas comprising hydrogen and carbon oxides by gasification of coal, in particular coal with a lower coalification degree than bituminous coal, comprising the following interconnected assemblies and plant components:

(a) means for providing coal as a gasification feed,
(b) means for providing one or more gasification agents and / or moderators,
(c) means for feeding the coal as a gasification feed and the gasification agent (s) and / or moderators to a gasification reactor,
(d) a gasification reactor suitable for at least partially reacting the gasification feed with the one or more gasifying agents and / or moderators under gasification conditions into a raw synthesis gas comprising hydrogen, carbon oxides and tar in the form of gas borne particles,
(e) means for discharging the raw synthesis gas from the gasification reactor and means for introducing the raw synthesis gas into a non-thermal plasma reactor,
(f) a non-thermal plasma reactor suitable for at least partially reacting the tar in at least one reaction product selected from a group comprising: hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, coke particles,
(g) means for discharging the at least partially tar-free raw synthesis gas from the non-thermal plasma reactor and means for introducing the at least partially unpolluted raw synthesis gas into a coke separation apparatus,
(h) a coke separation device suitable for at least partially separating the coke particles from the raw synthesis gas,
(i) means for discharging the raw synthesis gas at least partially freed of tar and coke particles from the coke separator.

Unter Fluidverbindung zwischen Baugruppen und Anlagenbestandteilen wird dabei jegliche Art von Verbindung verstanden, die es ermöglicht, dass ein Fluid, beispielsweise der Einsatzgasstrom oder der Synthesegasproduktstrom, von dem einen zu dem anderen der beiden Bereiche strömen kann, unbeachtlich etwaiger zwischengeschalteter Bereiche oder Bauteile. Fluid communication between assemblies and plant components is understood to mean any type of connection that allows a fluid, for example, the feed gas stream or the synthesis gas product stream, to flow from one to the other of the two regions irrespective of any intervening regions or components.

Unter den Vergasungsbedingungen sind die dem Fachmann an sich bekannten Reaktions- und Verfahrensbedingungen, insbesondere von Temperatur, Druck und Verweilzeit, zu verstehen, wie sie detailliert im einschlägigen Schrifttum erörtert werden und bei denen mindestens ein Teilumsatz, bevorzugt allerdings technisch relevante Umsätze des Kohleeinsatzes mit den Vergasungsmitteln in Synthesegasprodukte wie CO und Wasserstoff erfolgt. Under the gasification conditions, the reaction and process conditions known in the art, in particular of temperature, pressure and residence time to understand how they are discussed in detail in the relevant literature and in which at least a partial conversion, but preferably technically relevant conversions of coal use with the Gasification agents in synthesis gas products such as CO and hydrogen takes place.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zum Entfernen von Teerpartikeln aus dem durch Kohlevergasung erzeugten Rohsynthesegas einen nichtthermischen Plasmareaktor zu verwenden. It is proposed according to the invention to use a non-thermal plasma reactor for removing tar particles from the raw synthesis gas produced by coal gasification.

Plasma wird als der vierte Materiezustand betrachtet (ionisierter Zustand der Materie). Im Gegensatz zu thermischen Plasmas liegen nichtthermische Plasmas (NTPs) bei nahezu Umgebungstemperatur und -druck in gasförmigen Medien vor, aber sie weisen durchschnittliche Elektronenenergien auf, die beträchtlich höher sind als die von anderen gasförmigen Spezies in der umgebenden Umwelt. NTP-Spezies umfassen elektrisch neutrale Gasmoleküle, geladene Partikel in Form von positiven Ionen, negativen Ionen, freien Radikalen und Elektronen sowie Quanten von elektromagnetischer Strahlung (Photonen). Diese NTP-Spezies sind hoch reaktiv und können gefährliche Gase durch verschiedene chemische Reaktionsmechanismen in ungefährliche oder weniger gefährliche und leicht handhabbare Komponenten umwandeln. Im Gegensatz zu thermischen Prozessen (wie z. B. thermisches Plasma) steuert ein NTP-Prozess elektrische Energie, um gewünschte chemische Reaktionen des Gases hervorzurufen, anstatt die Energie zum Aufheizen des Gases zu verwenden. Daher ist ein NTP sehr viel energieeffizienter als ein thermisches Plasma. Plasma is considered the fourth matter state (ionized state of matter). Unlike thermal plasmas, non-thermal plasmas (NTPs) are present at near ambient temperature and pressure in gaseous media, but they have average electron energies that are significantly higher than those of other gaseous species in the surrounding environment. NTP species include electrically neutral gas molecules, charged particles in the form of positive ions, negative ions, free radicals and electrons, and quanta of electromagnetic radiation (photons). These NTP species are highly reactive and can convert hazardous gases into non-hazardous or less hazardous and easily manageable components through various chemical reaction mechanisms. Unlike thermal processes (such as thermal plasma), an NTP process controls electrical energy to produce desired chemical reactions of the gas rather than using the energy to heat the gas. Therefore, an NTP is much more energy efficient than a thermal plasma.

NTPs können durch elektrische Entladungen im Gas oder durch Einbringen von Elektronen in das Gas mit Hilfe eines Elektronenstrahls erzeugt werden. Unter den verschiedenen Typen von elektrischen Entladungsreaktoren sind Pulskorona- und dielektrische Barrierenentladungsreaktoren sehr populär wegen ihrer Effizienz und ihres Wirkungsgrades. NTPs can be generated by electrical discharges in the gas or by introducing electrons into the gas by means of an electron beam. Among the various types of electric discharge reactors are Pulskorona and Dielectric barrier discharge reactors are very popular for their efficiency and efficiency.

WO 99/26726 offenbart eine Einrichtung zur Reinigung eines Gasstroms, die aus mehreren dielektrischen Barrierenentladungszellen in Reihe aufgebaut ist und, für jede der dielektrischen Barrierenentladungszellen, eine Energieversorgung zur Versorgung jeder dielektrischen Barrierenentladungszelle mit Wechselstrom. Jede Zelle ist Teil eines unabhängigen elektrischen Schaltkreises, und die Zellen befinden sich "in Reihe" derart, dass sie geometrisch so angeordnet sind, dass der zu reinigende Gasstrom sequentiell von einer Zelle zur nächsten gelangt. WO 99/26726 discloses a device for purifying a gas stream, which is constructed of a plurality of dielectric barrier discharge cells in series and, for each of the dielectric barrier discharge cells, a power supply for supplying each dielectric barrier discharge cell with alternating current. Each cell is part of an independent electrical circuit, and the cells are "in series" such that they are geometrically arranged so that the gas stream to be purified sequentially passes from one cell to the next.

Pulskoronaentladungsplasmareaktoren benötigen zwar eine eigenen Hochfrequenz-Spannungsversorgung, haben sich aber bei der Teerentfernung aus Gasen als besonders wirkungsvoll erwiesen, wie sich aus einer Veröffentlichung der Technischen Universität Eindhoven, Niederlande, aus dem Jahr 2004 ergibt ( Nair, S. A.; Corona Plasma for Tar Removal, Dissertation, TU Eindhoven, 2004 ). Although pulse-arc discharge plasma reactors require their own high-frequency power supply, they have proven to be particularly effective in the tar removal from gases, as can be seen from a publication by the Technical University of Eindhoven, The Netherlands, in 2004 ( Nair, SA; Corona Plasma for Tar Removal, Dissertation, TU Eindhoven, 2004 ).

Besonders vorteilhaft ist es, dass bei der hier vorgeschlagenen Anlage zur Kohlevergasung auf eine mehrstufige Teerentfernung mit einer oder mehreren Wasserwäschen, wie sie von Anlagen aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden kann. Da somit erfindungsgemäß auf einen direkten Kontakt zwischen Wasser und dem zu reinigenden Rohsynthesegas verzichtet wird, wird kein Abwasser erzeugt. It is particularly advantageous that the coal gasification plant proposed here can dispense with multi-stage tar removal with one or more water washes, as is known from plants of the prior art. Thus, according to the invention, since direct contact between water and the crude synthesis gas to be purified is dispensed with, no wastewater is generated.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung Preferred embodiments of the invention

In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist der nicht-thermische Plasmareaktor als Pulskoronaentladungsplasmareaktor ausgestaltet. Wie oben dargelegt, benötigen Pulskoronaentladungsplasmareaktoren zwar eine eigene Hochfrequenz-Spannungsversorgung, haben sich aber bei der Teerentfernung aus Gasen als besonders wirkungsvoll erwiesen. In a preferred embodiment of the system according to the invention, the non-thermal plasma reactor is designed as a pulsed arc discharge plasma reactor. Although set forth above, pulse arc discharge plasma reactors require their own high frequency power supply, but have proven to be particularly effective at tar removal from gases.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsreaktor zur Kohlevergasung bei Umgebungsdruck geeignet ist. Another particular embodiment of the system according to the invention is characterized in that the gasification reactor is suitable for coal gasification at ambient pressure.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Vergasungsreaktor so ausgestaltet, dass er zur Verwendung von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als Vergasungsmittel geeignet ist. In another aspect of the invention, the gasification reactor is configured to be suitable for use with air or oxygen-enriched air as a gasifying agent.

Anlagen, die gemäß der beiden zuvor genannten Aspekte der Erfindung ausgestaltet sind, können beispielsweise dezentral eingesetzt werden, um z. B. Brenn- oder Heizgase durch Kohlevergasung zu erzeugen. Plants that are designed according to the two aforementioned aspects of the invention, for example, can be used decentralized to z. As fuel or hot gases to produce by coal gasification.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anlage ferner eine Rückführleitung zum Rückführen mindestens eines Teils der in der Koksabscheidevorrichtung abgeschiedenen Kokspartikel zu dem Vergasungsreaktor. Die Rückführleitung ermöglicht es, in der Koksabscheidevorrichtung abgeschiedene Kokspartikel zu dem Vergasungsreaktor zurückzuführen und auf diese Weise stofflich zu nutzen. In a further aspect of the invention, the system further comprises a return line for returning at least a portion of the coke particles separated in the coke deposition apparatus to the gasification reactor. The return line makes it possible to return coke particles separated in the coke separation device to the gasification reactor and thus to use it as a material.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anlage ferner Mittel zum Zuführen elektrischer Energie zu dem nicht-thermischen Plasmareaktor, insbesondere zu dem Pulskoronaentladungsplasmareaktor. In another aspect of the invention, the system further comprises means for supplying electrical energy to the non-thermal plasma reactor, in particular to the pulsed corona discharge plasma reactor.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Anlage ferner einen Grobpartikelabscheider zur Abscheidung von Grobpartikeln, der mit den Mitteln zum Ausleiten des Rohsynthesegases aus dem Vergasungsreaktor und mit den Mitteln zum Einleiten des Rohsynthesegases in einen nicht-thermischen Plasmareaktor verbunden ist. Auf diese Weise können grobe Teer- bzw. Kokspartikel von dem Plasmareaktor ferngehalten werden, wodurch sich die Gefahr der Verlegung von Leitungen reduziert. Zudem wird die Größenverteilung der Teerpartikel durch den Grobpartikelabscheider enger, so dass eine gleichmäßigere und raschere Umsetzung der Teerpartikel in dem Plasmareaktor erfolgen kann. In a further aspect of the invention, the plant further comprises a coarse particle separator for coarse particle separation, which is connected to the means for discharging the raw synthesis gas from the gasification reactor and to the means for introducing the raw synthesis gas into a non-thermal plasma reactor. In this way coarse tar or coke particles can be kept away from the plasma reactor, which reduces the risk of laying pipes. In addition, the size distribution of the tar particles is narrowed by the coarse particle, so that a more uniform and rapid reaction of the tar particles can be done in the plasma reactor.

In Bezug auf den zuletzt erörterten Aspekt der erfindungsgemäßen Anlage ist es besonders bevorzugt, wenn der Grobpartikelabscheider als Zyklon ausgestaltet ist. With regard to the last-discussed aspect of the system according to the invention, it is particularly preferred if the coarse particle separator is designed as a cyclone.

Ausführungsbeispiel embodiment

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any combination form the invention, regardless of their combination in the claims or their dependency.

Es zeigt die einzige Figur: It shows the only figure:

1 eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage. 1 a preferred embodiment of the system according to the invention.

In dem nachfolgend erörterten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Begriff "Leitung" verallgemeinernd zu verstehen und umfasst nicht nur Rohrleitungen im engeren Sinne, sondern auch alle anderen, dem Fachmann der mechanischen Verfahrenstechnik an sich bekannten Förderverfahren und Fördervorrichtungen wie Förderbänder, Förderschnecken, Trogkettenförderer, pneumatische Förderanlagen usw.; sie werden hier nicht weiter erläutert und detailliert bildlich dargestellt. Der Fachmann wird je nach Beschaffenheit des Förderguts in der Lage sein, das jeweils geeignete Förderverfahren auszuwählen. In the embodiment discussed below 1 The term "line" is to be understood as generalizing and includes not only pipes in the narrower sense, but also all others, those skilled in the mechanical Process engineering per se known conveying methods and conveying devices such as conveyor belts, screw conveyors, trough chain conveyors, pneumatic conveying systems, etc .; they are not explained further here and illustrated in detail. The person skilled in the art will be able, depending on the nature of the conveyed material, to select the respectively suitable conveying method.

In der in 1 schematisch dargestellten, bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage 1 wird über Leitung 2 Braunkohle zu einer Kohletrocknungs- und Zerkleinerungsanlage 3 geführt, in der die Braunkohle getrocknet und zerkleinert wird. In the in 1 schematically illustrated, preferred embodiment of the system according to the invention 1 will be over line 2 Brown coal to a coal drying and crushing plant 3 led, in which the brown coal is dried and crushed.

Über Leitung 4 wird die getrocknete und zerkleinerte Braunkohle aus der Kohletrocknungs- und Zerkleinerungsanlage ausgeleitet und zu dem Vergasungsreaktor 5 geführt, dem über die Leitungen 6 und 7 zusätzlich Luft als Vergasungsmittel und Dampf als Moderator aufgegeben werden. Via wire 4 The dried and comminuted lignite is discharged from the coal drying and crushing plant and to the gasification reactor 5 led, over the lines 6 and 7 additionally air as a gasifying agent and steam as moderator are given up.

In dem Vergasungsreaktor erfolgt die Umsetzung der getrockneten und zerkleinerten Braunkohle mit dem Vergasungsmittel unter Vergasungsbedingungen zu einem Rohsynthesegas, das neben Wasserstoff und Kohlenoxiden als Zielprodukten auch gasgetragene Teerpartikel als unerwünschte Nebenprodukte der Vergasung enthält. In the gasification reactor, the reaction of the dried and comminuted lignite with the gasification agent under gasification conditions to a crude synthesis gas containing not only hydrogen and carbon oxides as target products and gas-borne tar particles as undesirable by-products of the gasification.

Das Rohsynthesegas wird über Leitung 8 aus dem Vergasungsreaktor ausgeleitet und einem ungekühlten Heisszyklon 9 aufgegeben. In diesem werden gröbere Teerpartikel abgetrennt und über Leitung 10 aus dem Heisszyklon ausgeleitet. Das von gröberen Teerpartikeln befreite Rohsynthesegas wird über Leitung 11 aus dem Heisszyklon ausgeleitet und zu dem Pulskoronaentladungsplasmareaktor 12 geführt. The raw synthesis gas is sent via pipe 8th discharged from the gasification reactor and an uncooled hot cyclone 9 given up. In this coarser tar particles are separated and via line 10 discharged from the hot cyclone. The crude synthesis gas freed from coarser tar particles is sent via line 11 discharged from the hot cyclone and to the Pulskoronaentladungsplasmareaktor 12 guided.

In dem Pulskoronaentladungsplasmareaktor erfolgt die Umsetzung der Teerpartikel in Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und Koks- bzw. Rußpartikel. Der an Teerpartikeln abgereicherte Rohsynthesegasstrom wird über Leitung 13 aus dem Pulskoronaentladungsplasmareaktor ausgeleitet und einem Partikelabscheider 14 aufgegeben, die dem die Koks- bzw. Rußpartikel durch ein geeignetes Trennverfahren, beispielsweise die Heissgasfiltration mit metallischen oder keramischen Filterkerzen, aus dem Rohsynthesegas abgetrennt werden, das über Leitung 15 aus dem Partikelabscheider ausgeleitet und weiteren, hier nicht gezeigten und erörterten Konditionierungs- oder Verarbeitungsanlagen zugeführt wird. In the pulse arc discharge plasma reactor, the reaction of the tar particles into hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane and coke or soot particles takes place. The depleted of tar particles Rohsynthesegasstrom is via line 13 discharged from the pulse arc discharge plasma reactor and a particle separator 14 abandoned, which the coke or soot particles are separated by a suitable separation process, for example, the hot gas filtration with metallic or ceramic filter cartridges from the raw synthesis gas, via line 15 discharged from the Partikelabscheider and other, not shown here and discussed conditioning or processing equipment is supplied.

Über Leitung 16 werden die abgetrennten Koks- bzw. Rußpartikel zum Vergasungsreaktor 5 zurückgeführt und dort durch Vergasen zumindest teilweise stofflich genutzt. Via wire 16 become the separated coke or soot particles to the gasification reactor 5 returned and there at least partially used by gasifying material.

Gewerbliche Anwendbarkeit Industrial Applicability

Mit der Erfindung wird eine Anlage vorgeschlagen, die es ermöglicht, auch geringerwertige Kohlen mit niedrigerem Inkohlungsgrad, wie beispielsweise Braunkohle, insbesondere in kleineren und dezentralen Vergasungsanlagen einzusetzen, ohne dass es zu Störungen des Anlagenbetriebs durch Verstopfungen durch die unter Vergasungsbedingungen gebildeten Teeranteile kommt. Eine aufwendige Abtrennung und Rückgewinnung des Teers aus dem Synthesegas entfällt. Die vorgeschlagene Anlage ist besonders vorteilhaft zur dezentralen Erzeugung von Brenn- bzw. Heizgasen durch Braunkohlevergasung mit Luft als Vergasungsmittel verwendbar. With the invention, a plant is proposed, which makes it possible to use lower-grade coals with lower Kohlenohlungsgrad, such as lignite, especially in smaller and decentralized gasification plants, without causing disruptions of plant operation by blockages by the tar constituents formed under gasification conditions. An expensive separation and recovery of the tar from the synthesis gas is eliminated. The proposed system is particularly advantageous for the decentralized production of fuel or heating gases by lignite gasification with air used as a gasification agent.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Anlage investment
2 2: Leitung management
3 3: Kohletrocknungs- und Zerkleinerungsanlage Coal drying and crusher
4 4: Leitung management
5 5: Vergasungsreaktor gasification reactor
6 6: Leitung management
7 7: Leitung management
8 8th: Leitung management
9 9: Heisszyklon hot cyclone
10 10: Leitung management
11 11: Leitung management
12 12: Pulskoronaentladungsplasmareaktor Pulse corona discharge plasma reactor
13 13: Leitung management
14 14: Partikelabscheider particle
15 15: Leitung management
16 16: Leitung management

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

WO 99/26726 [0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Nair, SA; Corona Plasma for Tar Removal, Dissertation, TU Eindhoven, 2004 [0018]

Claims

Plant for producing a synthesis gas comprising hydrogen and carbon oxides by gasification of coal, in particular coal with a lower coalification degree than bituminous coal, comprising the following interconnected assemblies and plant components: (a) means for providing coal as a gasification feed, (b) means for providing one or more gasification agents and / or moderators, (c) means for feeding the coal as a gasification feed and the gasification agent (s) and / or moderators to a gasification reactor, (d) a gasification reactor suitable for at least partially reacting the gasification feed with the one or more gasifying agents and / or moderators under gasification conditions into a raw synthesis gas comprising hydrogen, carbon oxides and tar in the form of gas-borne particles, (e) means for discharging the raw synthesis gas from the gasification reactor and means for introducing the raw synthesis gas into a non-thermal plasma reactor, (f) a non-thermal plasma reactor suitable for at least partially reacting the tar in at least one reaction product selected from a group comprising: hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, coke particles, (g) means for discharging the at least partially tar-free raw synthesis gas from the non-thermal plasma reactor and means for introducing the at least partially unpolluted raw synthesis gas into a coke separation apparatus, (h) a coke separation device suitable for at least partially separating the coke particles from the raw synthesis gas, (i) means for discharging the raw synthesis gas at least partially freed of tar and coke particles from the coke separator.

Installation according to claim 1, characterized in that the non-thermal plasma reactor is designed as a pulsed corona discharge plasma reactor

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the gasification reactor is suitable for coal gasification at ambient pressure.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the gasification reactor is suitable for use of air or oxygen-enriched air as a gasifying agent.

Plant according to one of the preceding claims, further comprising a return line for returning at least a portion of the coke particles deposited in the Koksabscheidevorrichtung to the gasification reactor.

Plant according to one of the preceding claims, further comprising means for supplying electrical energy to the non-thermal plasma reactor, in particular to the pulsed corona discharge plasma reactor.

Plant according to one of the preceding claims, further comprising a coarse particle separator for the separation of coarse particles, which is connected to the means for discharging the raw synthesis gas from the gasification reactor and the means for introducing the raw synthesis gas into a non-thermal plasma reactor.

Plant according to claim 7, characterized in that the coarse particle is designed as a cyclone.