DE2504657C3

DE2504657C3 - Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe

Info

Publication number: DE2504657C3
Application number: DE2504657A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Bierbach
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1986-01-02
Also published as: CS187495B2; DD119268A5; JPS5190304A; DE2504657B2; GB1499779A; ZA752392B; PL100177B1; DE2504657A1; IN143382B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen *» von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe unter erhöhtem Druck mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltenden Gasen, wobei das Rohgas Staub und Kohlenwasserstoffe mit einem Teeranteil enthält, die Vergasung mit einer Temperatur von 400 bis 700" C verläßt und anschließend mit Waschwasser bedüst wird.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 35 40 867 bekannt, wobei das Rohgas aus der Druckvergasung von Kohle mit Sauerstoff und Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid stammt Der Druck im Vergasungsreaktor liegt dabei etwa im Bereich von 4 bis 150 bar und beträgt vorzugsweise 10 bis 80 bar. Durch das bekannte Verfahren kann neben den verschiedenen Kohlesorten auch Torf vergast werden, wobei letzterer zweckmäßigerweise in Form von Torfbriketts in den Gaserzeuger gegeben wird.

In der genannten Patentschrift wird auch beschrieben, das heiße Rohgas aus der Druckvergasung durch einen Waschkühler zu führen, wo es mit erwärmtem Wasser in direkten Kontakt gebracht wird. Das Wasser wird über eine normale Rohrleitung zugeführt, die keinerlei Verteil- oder Sprüheinrichtungen enthält. Um das Wasser gleichmäßiger über den Schachtquerschnitt des Waschkühlers zu verteilen, sind im Kühler dachförmige Einbauten angeordnet. Diese Einbauten bewirken keine optimale Durchmischung von Wasser und Gas. Es wird somit nicht verhindert, daß zumindest ein Teil des Wassers in Strähnen mit kleiner

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W) Oberfläche durch das Rohgas hindurchfließt Die Reinigungswirkung im Waschkfihler ist deshalb oft nicht ausreichend, insbesondere ist nicht immer gewährleistet, daß das Gas bei der Austrittstemperatur aus dem Waschkühler wasserdampfgesättigt ist Im bekannten Waschkühler wird ein TeU des im Rohgas mitgeführten Staubes nur unzureichend gekühlt Die damit verbundenen höheren Temperaturen haben zur Fofge, daß diese Staubteilchen nicht als Kondensationskeime wirken können. Das Rohgas verläßt deshalb diese Reinigungsstufe nicht praktisch staubfrei, sondern mit einem Gehalt an Feststoffen von mindestens etwa lOOOmg/NnA

In der US-PS 37 04 570 wird die Reinigung von Abgasen beschrieben, die insbesondere aus metallurgischen Prozessen stammen. Die Abgase werden zum Reinigen in einem Venturiwäscher mit erhitztem Wasser von mindestens 100° C bedüst, wobei das Gewicbtsverhältnis von Gas zu Wasser im Bereich von 0,5 bis 2,5 liegt

Gemäß DE-AS 14 21318 erfolgt die Reinigung industrieller Abgase in einem Waschturm mit Wasserbedüsung und in einem nachgeschalteten Ringspaliwascher. der ebenfalls eine Wasserbedüsung besitzt Dabei werden bei einem Wasserbedarf für die Feinreinigung im Ringspaltwascher von etwa 1 bis 61/Nm³ Gas Werte des Reststaubgehalts im Reingas von mindestens 50 mg/ Nm³ erreicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim eingangs genannten Verfahren das Rohgas so intensiv mit Wasser zu waschen, daß der Feststoffgehalt im Reingas höchstens 10 mg/Nm³ beträgt und das Reingas den Anforderungen für die Verwendung in Arbeitsmaschinen entspricht

Erfindungsgemäß wird dies durch die Verfahrensmerkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 erreicht Dabei wird vermieden, daß gebrauchtes Waschwasser in eine Waschstufe direkt zurückgeführt wird, da dadurch ein Teil des ausgewaschenen Staubes wieder in das Gas zurückgelangen kaiin. Dtr Feststoffgehalt im Reingas kann so auch bis in den Bereich von I bis 6 mg/ Nm³ verringert werden.

Das fein zerteilte, in Form kleiner Tropfen in das Gas hinein verdüste Waschwasser verdampft zum Teil, wodurch eine erwünschte Abkühlung erreicht wird. Dadurch wird das Rohgas auch schnell mit Wasserdampf gesättigt Vorzugsweise wird das Waschwasser etwa senkrecht von oben in den Zyklonwäscher eingedost Die radialen Kräfte der Rotationsströmung des Gases schleudern die Wassertröpfchen und die davon benetzten und nicht benetzten Staubpartikel nach auß>:i zur Wand des Waschgefäßes, wo sie auf einen Flüssigkeitsfilm treffen, der nach unten abläuft Das gleiche geschieht mit den Kohlenwasserstofftropfen. Gleichzeitig wird durch hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Wassertropfen und Gasbestandteilen die Wahrscheinlichkeit der Staubbenetzung erhöht. Falls erforderlich, kann in der unteren Hälfte des Zyklonwäschers zusätzliches Waschwassers eingedost werden.

Der Gasdruck in den Waschstufen ist etwa der gleiche wie im Gaserzeugungsreaktor und liegt bei 4 bis 150 bar, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 80 bar. Bevorzugt wird als Waschwasser in der zweiten Waschstufe enthärtetes oder voll entsalztes Waschwasser verwendet.

Enthält das Rohgas aus der Druckvergasung Schwefelverbindungen, so ist es aus Gründen des Umweltschutzes unerläßlich, diese aus dem Gas auszuwaschen.

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Dies geschieht vorteilhafterweise nach der letzten Waschstufe, es ist aber auch möglich, das Gas zwischen den beiden Waschstufen zu entschwefeln. Man. wendet - hierzu ein an sich bekanntes Entschwefelungsverfahren an. das z. B. mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumkar- s bonat arbeitet Zu diesem Zweck muß das Gas durch Wärmeaustausch auf 130¹C oder noch darunter abgekühlt werden. Danach erfolgt die Entschwefelung etwa bei dem Druck, den das Gas beim Verlassen der vorausgegangenen Waschstufe hatte. Das in der letzten >o Waschstufe ausreichend staubfrei gewaschene und so von Schwefelverbindungen befreite Gas kann dann z. B. unmittelbar in einen Kraftwerksprozeß eingeleitet werden. Es kann vorteilhaft sein, das entschwefelte Gas vor der Energienutzung auf Temperaturen von 160 bis 180⁰C zu bringen und es dabei mit Wasserdampf zu sättigen. Die Sättigungstemperatur sollte dabei nur so hoch gewählt werden, daß das erzeugte feuchte Rohgas für die nachfolgende Verbrennung noch einen unteren Heizwert von über 800 kcal/Nm³ besitzt »

Um den Energieinhait des oases, das z. B. für einen KraftwerksprozeB bestimmt ist, noch zu erhöhen, werden auskondensierte Kohlenwasserstoffe vorher möglichst wieder zugesetzt Dies kann einmal dadurch geschehen, daß dem Waschwasser gereinigtes, teerhaltiges Wasser aus den Waschstufen zugesetzt wird. Die Reinigung des Waschwassers und die Abscheidung des Teeres erfolgen in bekannter Weise. Den Waschstufen können auch noch leicht flüchtige, flüssige Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden.

Einzelheiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung nachfolgend näher erläutert

Im einzelnen zeigt: F i g. 1 ein Verfahrensschema für die Gasreinigung,

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie H-II durch den Zykionwäscher der Fig. i,

Fig.3 ein Verfahrensschema für die Gasreinigung mit Entschwefelung.

Im Verfahrensschema der Fig. 1 werden im Gaserzeuger 1 feste Brennstoffe, wie Kohle oder auch Torf, in bekannter Weise unter Druck vergast Der Druck im Gaserzeuger liegt im Bereich von 4 bis 159 bar und vorzugsweise bei 10 bis 80 bar. Der Brennstoff wird durch die Leitung 2 eingeschleust; die Vergasungsmittel, nämlich freien Sauerstoff enthaltende Gase und Wasserdampf, werden durch die Leitungen 3 und 4 zugegeben. Das Produktgas verläßt den Gaserzeuger 1 durch die Leitung S. Es hat beim Einsatz einer Steinkohle als Brennstoff etwa folgende Zusammensetzung (bei einem Betriebsdruck von 20 bar und Vergasung mit Luft und Wasserdampf):

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H₂	18bis25VoL-%
CO	14bis22VoL-%
CO₂	llbU16VoL-<*
CH₄	3bis5VoL-%
CnH_m	0,1 bis 0,4 Vol.-% im trockenen
	Gas
N₂	36bis48Vol.-%
Wasserdampf	100 bis 400 g/Nm³ trockenes Gas
Staub	2 bis 12 g/Nm³ trockenes Gas

Der Schwefel der eingesetzten Kohle liegt weitgehend in Form von Schwefelwasserstoff vor. Der Volumenanteil der Schwefelverbindungen im Gas hängt vom Schwefelgehait der Einsatzkohle ab und kann as deshalb in weiten Grenzen variieren.

Im Zyklon wäscher 6 wird das 400 bis 700°C heiße Rohgas aus der Leitung 5 intensiv mit Wasser aus einer Anzahl yon Düsen 7 besprüht Das Wasser hat eine Temperatur von 160 bis 300⁰C, zumeist liegt die Temperatur im Bereich von 160 bis 180⁰C Die Leitung 5 führt das Gas tangential zur zylindrischen Wand 6a des Zyklonwäschers ein, vgL auch Fig.2, so daß sich im Wäscher 6 eine rotierende Gasströmung ausbildet Der Druck im Gasaustritt des Wäschers liegt etwa 0,1 bis 03 bar unter dem Druck im Gaserzeuger.

Das Waschwasser für den Zyklonwäscher 6 ist praktisch staubfrei, um eine gute Reinigungswirkung zu erzielen. Der Gehalt an Staub bzw. Feststoffen im Waschwasser liegt vorzugsweise niedriger als 200 mg/L Frisches Wasser aus der Leitung 8 wird in einen Druckerhitzer 9 geleitet zusammen mit gereinigtem, teerhaltigem Wasser aus Leitung 10 von einem Teerscheider 11. Aus dem Druckerhitzer 9 wird das Waschwasser unter einem Druck, de;- 2 bis 50 bar über dem Druck im Wäscher 6 liegt in den Verteiler 12 gegeben, von wo es durch die Düsen 7 in den Wäscher gesprüht wird. Die Anordnung der ~prühdüsen 7 im Wäscher kann variieren. Es kann vorteilhaft sein, einen Teil des Wassers bereits in die Leitung 5 einzudüsen. Wichtig ist eine gute Verteilung des Waschwassers über den Wäscherquerschnitt Um die Kühlung und Sättigung des Rohgases noch zu verbessern, können auch in der unteren Hälfte des Wäschers zusätzliche Düsen angeordnet sein, welche über die Leitung 13 mit Waschwasser versorgt werden. Die Leitung 13 ist in diesem Fall mit dem Druckerhitzer 9 verbunden.

Das Gas verläßt den Zyklonwäscher 6 schon weitgehend frei von Staub und mit Wasserdampf praktisch gesättigt durch die Leitung 14.

Staubhaltiges Waschwasser zusammen mit kondensiertem Teer aus dem Rohgas werden in der Leitung 15 aus dem Wäscher abgezogen und in den Teerscheider 11 geleitet Infolge unterschiedlicher spezifischer Gewichte wird dort staubhaltiger Schwerteer vom Waschwasser getrennt Der staubhaltige Schw^rteer wird vorzugsweise zurück in den Gaserzeuger 1 geführt Das Wasser mit einem geringen restlichen Staubgehalt das zusätzlich noch Kohlenwasserstoffe enthält wird als Waschwasser wieder verwendet und in der Leitung 10 abgezogen, um in den Waschprczeß zurückgeführt zu werden. Bei hohem Staubauswurf aus dem Gaserzeuger kann es vorteilhaft sein, einen Teil des praktisch staubfreien Teeres ebenfalls für die Wäsche zu nutzen und diesen Teer der Leitung 10 zuzugeben.

Das Gas in der Leitung 14 wird zu einem Radialstromwäscher 16 geführt, wo es erneut mit fein zerteiltem Wasser von 160 bis 300⁰C, vorzugsweise 170 bis 220⁰C, gewaschen wird. Der in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Radialstrcmwäscher ist mit seinen Einzelheiter ζ B. in der deutschen Auslegeschrift 22 24 519 oder im US-Patent 38 34 127 beschrieben. Er besitzt am Kopf einen Stutzen ί8 zum Anschluß an die Leitung 14. Das Gas strömt im Wäscher 16 nach unten durch die Mittelöffnung 19 einer ansonsten geschlossenen Zwischenplatte 20. Die Mittelöffnung 19 wird von unten nahezu durch einen Teller 21 verschlossen. Zwischen der Mittelöffnung und dem Teller bleibt nur ein schmaler Ringspalt 22 frei. Die Einstellung der Breite des Ringspaltes 22 geschieht durch Verstellen des Tellers in der Höhe mit Hilfe der Stange 23 und des Motors 24. Ein glockenförmiges Leitblech 25 leitet das durch den Ringspalt 22 strömende, dahinter expandierende Gas zur Wand 16a.

Das Gas wird ständig mit heißem Waschwasser aus der Leitung 17 und der Düse 26 besprüht Die

Temperstur liegt im selben Bereich wie beim Waschwasser, das im Wascher 6 versprüht wird. Da das Gas aus der Leitung 14 zumindest weitgehend bereits mit Wasserdampf gesättigt ist, genügt es, durch die Düse 26 0,1 bis 031 Wasser pro Nm³ trockenes Gas zu versprühen.

Bei der Expansion des mit Wasserdampf gesättigten, durch den Ringspalt 22 gepreßten Gases treten starke Turbulenzen mit entsprechender Relativbewegung zwischen den Wassertröpfchen und den Staubpartikeln auf. Dies begünstigt die Abscheidung des Staubes und der staubhaltigen Wasserströpfchen.

Das wasserdampfgesättigte Gas wird radial nach außen zur Wand 16a geleitet, wo sich ein Wasserfilm ausbildet, der die mitgerissenen Staubpartikel festhält und sie zum Boden des Wäschers mitnimmt Das sich am Boden des Wäschers sammelnde, Staub und auch kondensierten Teer enthaltende Waschwasser wird in der Leitung 27 abgezogen und ebenfalls zum Teerscheider 11 geleitet.

Das nun praktisch staubfreie Gas strömt unter das Leitblech 25 (Pfeile 29) und verläßt den Wäscher durch das Abzugsrohr 28 zur weiteren Verwendung.

Um den Heizwert des Reingases noch zu erhöhen, können diesem im Wäscher 16 noch niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden.

Fig.3 zeigt das prinzipiell gleiche Verfahren wie F i g. 1, deshalb haben entsprechende Einzelteile gleiche Bezugszahlen.

Das Verfahren gemäß Fig.3 eignet sich für die Reinigung von Vergasungsgasen, die bei dem Einsatz schwefelhaltiger Brennstoffe erzeugt werdea Das Gas muß deshalb vor der letzten Waschstufe, dem Radialstromwäscher 16, noch von Schwefelverbindungen befreit werden. Dazu wird das den Zyklonwäscher 6 verlassende Gas im Abhitzekessel 30 so weit gekühlt, wie das rar die nachfolgende Eriüehwciehiiig 3J nötig ist Bei Anwendung einer an sich bekannten Heißpottaschewäsche wird das Gas im Abhitzekessel 20 auf unter 130° C gekühlt und dann durch die Entschwefelung 31 geleitet Das im Abhitzekessel anfallende Kondensat wird durch die Leitung 32 ebenfalls dem Teerscheider 11 zugeführt Das Absorptionsmittel wird der Entschwefelung durch die Leitung 33 zugegeben und gebrauchtes Absorptionsmittel durch die Leitung 34 wieder entfernt und einer nicht dargestellten Regenerierung zugeführt

Das ausreichend von Schwefelverbindungen befreite Gas wird in der Leitung 14 in den Radialstromwäscher 16 geleitet Es kann zweckmäßig sein, im Radialstromwäscher 16 etwa die gleiche oder eine höhere Waschwassertemperatur als im Wäscher 6 anzuwenden. Es ist deshalb ein eigener Druckerhitzer 37 mit Frischwasserzufuhr 38 vorhanden. Vom Erhitzer 37 wird das Waschwasser über Leitung 17 dem Wäscher 16 zugeführt

Von den Betriebsbedingungen im Abhitzekessel 30 hängt es ab, wie weitgehend von Staub gereinigt das Gas diesen Apparat verläßt Es kann deshalb vorteilhaft sein, bei höheren Staubgehalten als lCmg/Nm³ den Radialstromwäscher vor der Entschwefelungseinrichtung anzuordnen. Die Aufsättigung des Gases nach der Entschwefelungsstufe mit Wasserdampf kann durch einen einfachen Sättiger ohne oder mit Einbauten vorgenommen werden. __ _ _

Beispiel !..._.

In einem Verfahren nach Fig. 1 werden in einem bekannten Gaserzeuger pro Stunde etwa 100 000 Nm³

CO₂	13,2 VoL-%
co	183 VoL-"*
H₂	243 Vol.-"*
CH₄	4,2 Vol.-«*
N₂	39.6 Vol.-"*
CbH m	02 Vol.-"*

Dieses Rohgas verläßt den Gaserzeuger 1 mit einer Temperatur von 600" C Es wird im Zyklonwäscher 6, in welchem ein Druck von 193 bar herrscht, mit 1 1 Wasser pro Nm³ Rohgas besprüht, die Wassertemperatur beträgt 16O⁰C Das mit Wasserdampf gesättigte Gas verläßt den Wäscher 6 mit einer Temperatur von ca. 170"C; der Staubgehalt des Gases ist dabei noch 550 mg/Nm³.

Im Radialstromwäscher 16 wird dieses Gas mit OJ? I Wasser pro Nm³ Gas besprüht; die Temperatur des Waschwassers beträgt ca. 170⁰C, im Eintrittsbereich des Gases in den Wäscher herrscht ein Druck von 19,7 bar. Das Gas-Wasser-Gemisch wird durch einen Ringspalt 22 hindurchgeleitet wobei ein Druckverlust von ca. 0,5 bav eingestellt wird Das gereinigte Gas für die Weiterverwendung hat einen restlichen Staubgehalt von 5 mg pro Nm³. Das Gas steht mit Wasserdampf gesättigt mit einer Temperatur von 170°C und einem Druck von ca. 19,0 bar zur Verfügung.

Beispiel 2

In einer Verfahrensvariante nach F i g. 3 wird unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 eine höher e^ktjuAfAlkal»t(*A I^qKIa y£j>4»£·· ttirtK^i /iac Dnhirae *!Π£Ώ Gehalt an Schwefelverbindungen von ca. 0,4 Vol.·"* hat Die Wäsche dieses Gases im Zyklonwäscher 6 erfolgt ebenfalls in der bereits im Beispiel 1 beschriebenen Weise. Nach dem Wäscher 6 wird das Gas zur Entschwefelung zunächst im Abhitzekessel 30 auf 120⁰C gekühlt und dann in der Entschwefelungsstufe 31 unter einem Druck von ca. 193 bar mit einer wäßrigen K₂CO₃-Losung behandelt Dabei wird der Gehalt an Schwefelverbindungen im Gas auf ca. 300 ppm gesenkt Die Regenerierung der K₂COa-LaUgC erfolgt in bekannter Weise durch Entspannen und Erhitzen. Das praktisch schwefelfreie Gas wird im Radialstromwäscher unter den Bedingungen des Beispiels 1 weiterbehandelt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

trockenes Rohgas unter einem Druck von 20 bar erzeugt Als Vergasungsmittel werden etwa 50 000 Nm³ Luft pro Stunde mit einem Wasserdampfeusatz von ca. 0,7 kg pro Nm³ Luft in den Gassrzeuger eingeführt Das erzeugte Rohgas hat folgende Zusammensetzung (trocken gerechnet):

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe unter erhöhtem Druck mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthalten- s den Gasen, wobei das Rohgas Staub und Kohlenwasserstoffe mit einem Teeranteil enthält, die Vergasung mit einer Temperatur von 400 bis 700° C verläßt und anschließend mit Waschwasser bedOst wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohgas in eine erste, als Zyklonwäsche ausgebildete Waschstufe tangential zur zylindrischen Innenwand einleitet, mit Waschwasser intensiv bedüst, auf eine Temperatur von 0 bis 20" C über der Temperatur des Waschwassers abkühlt und mit Wasserdampf praktisch sättigt, das Gas in einer zweiten Waschstufe mit Waschwasser in einer Menge von 0,1 bis 031/Nm³ trockenes Gas bedüst und von einer zentralen Öffnung in einem Ringspalt radial nach außen führt, wobei in beiden Stufen das Waschwasser höchstens » 2ÖÖ mg/i t-eststotte enthält und eine Temperatur von 160 bis 300⁰C aufweist und die Gesamtmenge des beiden Waschstufen aufgegebenen Waschwassers 0,5 bis 6I/Nm³ Rohgas beträgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- « zeichnet, daß der Gasdruck <K.den Waschstufen 4 bis 150 bar, vorzugsweise 10 bis 80 bar, beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschwasser in der zweiten Waschstufe enthärtetes oder voll entsalztes Wasch- ^M wasser verw endet wird.

4. Verfahren nach Anspnrjh 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas zwischen den beiden Wasch?-jfen oder nach der zweiten Waschstufe entschwefelt wird. M