DE2345188C2 - Process for cooling and cleaning hot gases - Google Patents
Process for cooling and cleaning hot gasesInfo
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Description
3535
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Reinigen heißer, durch Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe gewonnener Gase, bei dem die Gase unter erhöhtem Druck In dlrek- to ten Kontakt mit Wasser gebracht werden, worauf das aus der Kontakteinrichtung ablaufende Wasser auf Normaldruck entspannt und nach Abscheidung der mitgeführten Feststoffe sowie entsprechender Kühlung und Wiederverdichtung In die Kontakiclnrichtung zurückgepumpt wird.The present invention relates to a method for Cooling and cleaning of hot fuels obtained by direct current gasification of solid and / or liquid fuels Gases, in which the gases under increased pressure In dlrect th contact with water, whereupon the water draining from the contact device is at normal pressure relaxed and after separation of the entrained solids as well as appropriate cooling and recompression Is pumped back into the contact.
Es Ist bekannt, daß man bei der Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe, wie z. B. Kohle, Kohlenstaub oder schwerer Heizöle mit Luft oder Sauerstoff Gase erhalten kann, die keine höhersiedenden Kohlenwasserstoffe wie Öle, Teer, Benzol, Phenole und ähnliche Verbindungen mehr enthalten. Die Hauptverunreinigungen dieser Gase sind vielmehr Ruß bzw. Kohlenstaub und Flugasche, die als Vergasungsrückstand anfallen und zum Teil von den Gasen mitgeführt werden. Ferner enthalten die Gase selbstverständlich H2S, COS und CO2, die ebenfalls entfernt werden müssen. Wegen des Fehlens der genannten höhersiedenden Kohlenwasserstoffe In derartigen Gasen ist man in der Praxis bereits dazu übergegangen, diese heißen Gase in einer sogenann- b0 ten Druckwasserwäsche durch direkten Kontakt mit Wasser zu kühlen und gleichzeitig vom mitgeführten Vergasungsrückstand zu befreien.It is known that in the cocurrent gasification of solid and / or liquid fuels, such as. B. coal, coal dust or heavy fuel oils with air or oxygen can get gases that no longer contain higher-boiling hydrocarbons such as oils, tar, benzene, phenols and similar compounds. The main contaminants of these gases are rather soot or coal dust and fly ash, which arise as gasification residue and are partly carried along by the gases. Furthermore, the gases naturally contain H 2 S, COS and CO 2 , which must also be removed. Due to the lack of the higher-boiling hydrocarbons mentioned in such gases, practice has already switched to cooling these hot gases in a so-called pressurized water scrubbing system through direct contact with water and at the same time removing them from the entrained gasification residue.
Die zu behandelnden Gase stehen dabei normalerweise unter erhöhtem Druck, vorzugsweise einem Druck zwl- b5 sehen 3 und 80 ata, well entweder die Vergasung unter erhöhtem Druck durchgeführt wird oder well die Gase ohnehin Im Hinblick auf Ihre spätere Weiterverarbeitung verdichtet werden müssen. Die Behandlung der Gase erfolgt normalerweise dadurch, daß man das Wasser in die strömenden Gase eindüst und diese dadurch unter erhöhtem Druck mit dem Wasser in Kontakt bringt. Zur Weiterbehandlung des aus der Kontakteinrichtung nach der Behandlung der Gase ablaufenden Wassere hat man bereits vorgeschlagen, das beladene Waschwasser zu entspannen und in einem drucklosen Absetzbecken von den als Suspension mitgeführten festen Bestandteilen zu trennen, worauf das entstaubte Wasser nach entsprechender Druckerhöhung wieder im Kreislauf auf die als Wascher dienende Kontakteinrichtung aufgegeben wird. Bei dieser Arbeltsweise werden jedoch die vom Waschwasser infolge des angewandten Druckes absorbierten gasförmigen Bestandteile wieder in Freiheit gesetzt und können ungehindert in die Atmosphäre gelangen. Da es sich hierbei um übelriechende und giftige Bestandteile wie H2S, COS und CO handelt, führt dies zu einer Belästigung der Umwelt. Diese kann bei den heute immer schärfer werdenden behördlichen Bestimmungen und Auflagen nicht länger hingenommen werden.The gases to be treated are thereby normally under increased pressure, preferably a pressure zwl- b5 see 3 and 80 ata, well either the gasification is carried out under elevated pressure or well the gases must be compressed anyway Regarding your later processing. The gases are normally treated by injecting the water into the flowing gases and thereby bringing them into contact with the water under increased pressure. For further treatment of the water draining from the contact device after the treatment of the gases, it has already been proposed to relax the loaded washing water and to separate it from the solid components carried as suspension in a depressurized sedimentation basin, whereupon the dedusted water is returned to the circuit after a corresponding increase in pressure as a washer serving contact device is abandoned. In this way of working, however, the gaseous components absorbed by the washing water as a result of the pressure applied are released again and can enter the atmosphere unhindered. Since these are foul-smelling and poisonous components such as H 2 S, COS and CO, this leads to a nuisance to the environment. This can no longer be accepted with the increasingly strict official regulations and requirements today.
Aus der DD-PS 49 336 ist ferner ein Verfahren zur Beseitigung des Staubes aus dem bei der Druckvergasung anfallenden Rohgas bekannt, bei dem das bei der Druckwasserwäsche des Gases anfallende Waschwascher in einen Druckscheider eingeleitet und dort von den Feststoffen getrennt wird. Das Wasser wird dazu anschließend wieder in den Waschwasserkreislauf eingespeist, während die abgeschiedenen Feststoffe wieder in den Gasgenerator zurückgefördert werden. Bei dieser Arbeitsweise wird zwar ein Entweichen von unerwünschten gasförmigen Bestandteilen in die Atmosphäre vermieden. Der Entgegenhaltung ist jedoch nicht zu entnehmen, wie diese gasförmigen Bestandteile überhaupt aus dem Waschwasser entfernt werden sollen und wie eine unerwünschte Anreicherung derselben im Waschwasser vermieden werden kann. Diese Entgegenhaltung stellt deshalb keine brauchbare Lösung des anstehenden Problems dar.From DD-PS 49 336 there is also a method for removing dust from the pressurized gasification accruing raw gas known, in which the washing machine in the pressurized water scrubbing of the gas a pressure separator is introduced where it is separated from the solids. The water is then added to this fed back into the wash water circuit, while the separated solids are returned to the Gas generator are fed back. In this way of working an escape of undesired gaseous components into the atmosphere is avoided. However, the citation does not reveal how these gaseous constituents are actually extracted from the Wash water should be removed and how undesired accumulation of the same in the wash water is avoided can be. This citation therefore does not provide a useful solution to the problem at hand represent.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Reinigung und Kühlung des bei der Gleichstromvergasung anfallenden Rohgases unter solchen Bedingungen durchzuführen, daß die bei der Druckwasserwäsche des Gases Im Wasser gelösten gasförmigen Bestandteile nicht mehr ungehindert in die Atmosphäre gelangen können und gleichzeitig die Druckwasserwäsche unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Schwefelbestandteile des Rohgases weitestgehend ausgewaschen werden, so daß das Gas ohne nachgeschaltete Entschwcfelungsanlage weiterverarbeitet oder verbraucht werden kann.The invention was therefore based on the object of cleaning and cooling of the cocurrent gasification to carry out resulting raw gas under such conditions that the pressure water scrubbing of the Gases gaseous components dissolved in the water can no longer enter the atmosphere unhindered and at the same time, the pressurized water washing is carried out under such conditions that the sulfur components of the raw gas are largely washed out, so that the gas without a downstream desulfurization system can be further processed or consumed.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß In der Kontakteinrichtung pro Nm' Gas 10 bis 40 Liter Wasser verwendet werden und daß das aus Kontakteinrichtung ablaufende Wasser vor der Abscheidung der mitgeführten Feststoffe In einen geschlossenen Entspannungsbehälter eingeleitet und In diesem nach Entspannung auf Normaldruck von den gelösten Gasbestandteilen befreit wird, worauf die Gasbestandteile und das Wasser in getrennten Leitungen aus dem Entspannungsbehälter abgezogen werden.This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which according to the invention thereby is characterized in that 10 to 40 liters of water are used per Nm 'gas in the contact device and that the water draining from the contact device before the separation of the entrained solids in a initiated closed expansion tank and in this after relaxation to normal pressure from the dissolved gas components is released, whereupon the gas components and the water can be drawn off from the expansion tank in separate lines.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem vorgesehen, daß die Entspannung des aus der Kontakteinrichtung ablaufenden Wassers nicht in dem Entspannungsbehälter, sondern In einer Entspannungsturbine erfolgt, die zwischen der Kontakteinrichtung und dem Entspannungsbe-According to a preferred embodiment of the method according to the invention it is also provided that the expansion of the water draining from the contact device is not in the expansion tank, but in an expansion turbine, which takes place between the contact device and the expansion
hälter angeordnet ist. Die Entspannungsturbine wird dabei zweckmäßigerweise mit einem Stromerzeugungsaggregat gekoppelt, so daß auf diese Weise ein Teil der Pumpenenergie wiedergewonnen werden kann, die für das nachfolgende Zurückpumpen des Wassers in die Kontakteinrichtung erforderlich ist.container is arranged. The expansion turbine is expediently connected to a power generation unit coupled, so that in this way part of the pump energy can be recovered, which for the subsequent pumping back of the water into the contact device is required.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandte Wassermenge ist innerhalb der angegebenen Grenzen abhängig vom angewandten Druck in der Kontakteinrichtung, dem Gehalt des Gases an Schwefelverbindungen sowie der WassertemperaturThe amount of water used in the process according to the invention is within the specified limits depending on the pressure applied in the contact device, the content of sulfur compounds in the gas as well as the water temperature
Die aus dem Entspannungsbehälter abgezogenen bzw. abgesaugten gasförmigen Bestandteile können in geeigneter Art und Weise unschädlich gemacht oder weiterverarbeitet werden. So können zum Beispiel diese Gase, wenn sie H:S und COS enthalten, in einer Claus-Ofenanlage zu elementarem Schwefel oder in einer Schwefelsäureanlage zu Schwefelsäure verarbeitet werden.The gaseous constituents drawn off or sucked off from the expansion vessel can be rendered harmless or further processed in a suitable manner. For example, these gases when H contain S and COS, are processed in a Claus furnace to elemental sulfur or a sulfuric acid plant to produce sulfuric acid.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand des in der Abbildung wiedergegebenen Fließschemas weiter erläutert werden. Dieses Fließschema gibt dabei nur die zur Erläuterung des Verfahrens unbedingt notwendigen Anlagentelle wieder.In the following, the method according to the invention will be based on the flow chart shown in the figure further explained. This flow diagram only gives the unconditional explanation of the process necessary installation point again.
Das von dem In der Abbildung nicht dargestellten Vergaser kommende heiße Gas, das gegebenenfalls In einem unmittelbar hinter dem Vergaser angeordneten und ebenfalls nicht dargestellten Abhitzekessel bereits eine gewisse Abkühlung erfahren hat, gelangt durch die Leitung 1 in die Kontakteinrichtung 2, in die es von unten eintritt. Das erforderliche Wasser wird über die Leitung 3 herangeführt und über die Abzweigleitungen 3a, 36, ~c. 3d und 3e auf verschiedenen Ebenen in die Kontakteinrichtung 2 eingedost. Das Gas kommt deshalb in der Kontakteinrichtung im Gegenstrom mit dem kalten Wasser in Berührung, wobei es abgekühlt und gleichzeitig gewaschen wird. Das oben aus dei Kontakteinrichtung austretende Gas gelangt sodann über die Leitung 6 in den Desintegrator 7, in dem es einer nachgeschalteten Feinwäsche unterworfen wird. Das hierfür erforderliche Wasser wird über die Leitung 23, die von der Leitung 3 abzweigt, dem Desintegrator 7 zugeführt. Anschließend gelangt das Gas über die Leitung 9 in den Tropfenabscheider 8, wo es von mitgerissenem Wasser befreit wird. Danach kann das Gas durch die Leitung 10 seiner weiteren Verarbeitung bzw. Verwendung zugeführt werden. Das aus dem Tropfenabscheider 8 ablaufende Wasser kann über Leitung 26 in die Leitung 4 eingespeist werden. The hot gas coming from the carburetor, not shown in the figure, which may have already undergone a certain cooling in a waste heat boiler arranged immediately behind the carburetor and also not shown, passes through line 1 into contact device 2, into which it enters from below . The required water is brought in via line 3 and via branch lines 3a, 36, ~ c. 3d and 3e canned into the contact device 2 on different levels. The gas therefore comes into contact with the cold water in countercurrent in the contact device, where it is cooled and washed at the same time. The gas emerging from the contact device at the top then passes via line 6 into the disintegrator 7, in which it is subjected to a subsequent fine wash. The water required for this is fed to the disintegrator 7 via the line 23, which branches off from the line 3. The gas then reaches the droplet separator 8 via the line 9, where it is freed from the water that has been entrained. The gas can then be fed through line 10 for further processing or use. The water draining from the droplet separator 8 can be fed into the line 4 via line 26.
Währenddessen gelangt das mit den festen und gasförmigen Bestandteilen beladene Wasser, das unten aus der Kontakteinrichtung 2 abfließt, über die Leitung 4 zum Entspannungsbehälter 5. In der Leitung 4 kann dabei die Entspannungsturbine 24 angeordnet sein. In der das Wasser, welches bisher noch den In der Kontakteinrichtung 2 herrschenden Druck aufweist, auf Normaldruck entspannt wird.Meanwhile, the water laden with the solid and gaseous components comes out of the bottom Contact device 2 flows off, via line 4 to the expansion tank 5. In line 4, the Expansion turbine 24 may be arranged. In the that Water that was previously in the contact device 2 has prevailing pressure, is relaxed to normal pressure.
Die dabei freiwerdende Entspannungsenergie kann zur Stromerzeugung genutzt werden, da die Er.'.spannungsturbine 24 mit dem Stromerzeugungsaggregat 25 gekoppelt ist. Ist eine Entspannungsturbine 24 nicht vorgese- ' hen. so erfolgt die Entspannung erst Im Entspannungsbehälter 5. In diesem wird anschließend das Wasser von dem durch die Entspannung in Freiheit gesetzten Gas abgetrennt. Lei/leres wird zur weiteren Behandlung, wie «eiler oben beschrieben, durch die Leitung U abge/o- ' gen. Währenddessen strömt das entspannte Wasser, das noch mil den Feststoffen beladen ist. durch die Leitung 12 /um Klärbecken LV Beim Durchströmen desselbenThe relaxation energy released in the process can be used to generate electricity as the voltage turbine 24 is coupled to the power generation unit 25. If an expansion turbine 24 is not provided ' hen. so the relaxation only takes place in the relaxation tank 5. In this the water is then released from the gas released by the relaxation severed. Lei / leres is used for further treatment, such as "Eiler described above, passed through the line U / o- ' gen. Meanwhile, the relaxed water flows, the is still loaded with the solids. through the line 12 / um clarifier LV when flowing through it
setzen sich die Feststoffe, bei denen es sich im wesentlichen um Ruß, Flugasche und Kohlenstaub handelt, ab. Diese Feststoffe werden mit dem Räumerwagen 14 in den Trichter 15 geschoben und von hier über die Leitung 16 abgezogen.the solids, which are essentially soot, fly ash and coal dust, settle out. These solids are pushed into the funnel 15 with the scraper carriage 14 and from here via the line 16 deducted.
Das geklärte Wasser tritt über die Leitung 18 aus dem Klärbecken 13 aus und gelangt über die Pumpe 17 und die Leitung 19 auf den Kühlturm 20. Hler erfolgt die weitere Rückkühlung des Wassers, das nach Ablauf aus dem Kühlturm 20 über die Leitung 22 abgezogen wird. Vermittels der Pumpe 21 wird das Wasser sodann wieder in die Leitung 3 gedrückt und von da wieder auf die Kontakteinrichtung 2 aufgegeben. Ein Teil der von den Pumpen 17 und 21 benötigten elektrischen Energie kann dabei durch den im Stromerzeugungsaggregat 25 gewonnenea Strom gedeckt werden.The clarified water exits the clarifier 13 via the line 18 and passes through the pump 17 and the line 19 to the cooling tower 20. Hler is the further re-cooling of the water, which after the drain from the Cooling tower 20 is withdrawn via line 22. By means of the pump 21, the water is then returned to the line 3 pressed and from there given up again on the contact device 2. Part of the from the pumps 17 and 21 required electrical energy can be obtained by the a obtained in the power generation unit 25 Electricity can be covered.
Selbstverständlich kann als Kontakteinrichtung 2 anstelle des in der Abbildung dargestellten Einspritzwaschers auch eine andere \v.,scherkonstrukt!on, ζ. Β. mit Einbauten, zur Anwendung gelangen. Es kann aber auch ein sogenanntes Venturi-Waschsystem eingesetzt werden. Of course, instead of the injection washer shown in the figure, another \ v., Sc herkonstrukt! On, ζ. Β. with internals. However, a so-called Venturi washing system can also be used.
Verfahrenbeispiel:Process example:
Pro Zeiteinheit werden 10 000 Nm3 mit folgender Zusammensetzung 10,000 Nm 3 with the following composition are obtained per unit of time
CO2 10,9 Vol.-%CO 2 10.9% by volume
CO 54,2 Vol.-%CO 54.2% by volume
H2 33,0 Vol.-%H 2 33.0% by volume
N2 0,9 VoI.-%N 2 0.9% by volume
Ar 0,9 Vol.-%Ar 0.9 vol%
CH4 0,1 Vol.-o/oCH 4 0.1 vol. O / o
H2S 0,9 Vol.-% H 2 S 0.9% by volume
100,0 Vo1.-%100.0 Vo1 .-%
der Kontakteinrichtung 2 zugeführt. Dieses Gas, das durch Gleichstromvergasung von Kohlenstaub bei einem Druck von 30 ata gewonnen wurde, führt etwa 500 kg Feststoffe (Vergasungsrückstand) mit sich. Es wird mit einer Temperatur von 200° C und einem Druck von 30 ata in die Kontakteinrichtung 2 eingeleitet. Die durch die Abzweigleitungen 3o-3e in die Kontakteinrichtung 2 eingedüste Wassermenge liegt bei 19 Liler/Nm1 Gas. Dadurch wird erreicht, daß die Schwefelbestandteile des Gases bereits in der Kontakteinrichtung 2 weitgehend ausgewaschen werden, so daß das durch die Leitung 6 abgezogene, gekühlte und gewaschene Gas folgende Zusammensetzung aufweist:the contact device 2 supplied. This gas, which was obtained by the cocurrent gasification of coal dust at a pressure of 30 ata, carries around 500 kg of solids (gasification residue) with it. It is introduced into the contact device 2 at a temperature of 200 ° C. and a pressure of 30 ata. The amount of water injected into the contact device 2 through the branch lines 3o-3e is 19 liters / Nm 1 gas. This ensures that the sulfur constituents of the gas are already largely washed out in the contact device 2, so that the cooled and washed gas drawn off through the line 6 has the following composition:
CO2 CO 2
N2+ ArN 2 + Ar
CH4 CH 4
H2SH 2 S
Das mit einer Temperatur von etwa 40' C durch die Leitung 4 aus der Kontakteinrichtung 2 abfließende Wasser muß anschließend von 30 ata auf Normaldruck entspannt «erden. Das kann entweder im Kntspannungsbeliältcr 5 erlolgen. oder - wenn es die vom Wasser mitge-The water flowing out of the contact device 2 through the line 4 at a temperature of about 40.degree must then be relaxed from 30 ata to normal pressure. This can either be done in the relaxation area 5 succeed. or - if there is the
führte Feststoffmenge zuläßt - in der Entspannungsturbine 24, die dann zwischen der Kontakteinrichtung 2 und dem Entspannungsbehiilter 5 installiert Ist. Die Entspannungsturbine Ist dabei mit dem Stromerzeugungsaggregat 25 gekoppelt. Die durch die Entspannung In Freiheit gesetzten Gasmengen werden im Entspannungsbehälter 5 vom Wasser abgetrennt. Dieses Gas, das vor allem COj, H2S und COS enthält, wird durch die Leitung 11 zur weiteren Behandlung, wie weiter oben beschrieben, abgezogen. Dadurch wird vermieden, daß dieses infolge seines hohen IIjS- und COS-Gehaltes sehr giftige Gas ungehindert in die Atmosphäre gelangt.led amount of solid allows - in the expansion turbine 24, which is then installed between the contact device 2 and the expansion tank 5. The expansion turbine is coupled to the power generation unit 25. The gas quantities set free by the expansion are separated from the water in the expansion tank 5. This gas, which mainly contains COj, H 2 S and COS, is withdrawn through line 11 for further treatment, as described above. This prevents this gas, which is very poisonous due to its high IIjS and COS content, from entering the atmosphere unhindered.
Das durch die Leitung 12 abgezogene Wasser wird nach Abscheidung der Feststoffe im Klärbecken 13 Im Kühlturm 2(1 wieder auf eine Temperatur von 25 C gekühlt und daran anschließend wieder auf die Kontakteinrichtung 2 aufgegeben.The water withdrawn through line 12 is after separation of the solids in the clarifier 13 Im Cooling tower 2 (1 cooled again to a temperature of 25 C and then again on the contact device 2 abandoned.
Wenn die Entspannung des Wassers anstelle in der Entspannungsturbine 24 im Entspannungsbehälter 5 erfolgen soll, so erfährt das in der Abbildung wiedergegebenc Fließschema dadurch keine grundsätzliche Veränderung. Es kommen im Fließschema lediglich die Entspannungsturbine 24 und das Stromerzeugungsaggregat 25 in Fortfall.When the expansion of the water instead of in the expansion turbine 24 in the expansion tank 5 is to take place, the flow diagram shown in the figure does not experience any fundamental change. Only the expansion turbine 24 and the power generation unit come in the flow diagram 25 in discontinuation.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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