DE2605249C2

DE2605249C2 - Process for purifying gasification products under pressure

Info

Publication number: DE2605249C2
Application number: DE19762605249
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. 4600 Dortmund Winter
Original assignee: Ceagfilter und Entstaubungstechnik 4600 Dortmund GmbH
Current assignee: WEBER, EKKEHARD, PROF. DR.-ING., 4300 ESSEN, DE
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1976-02-11
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2605249B1; BE851293A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Vergasungsprodukten unter Druck, wie sie bei thermischen Prozessen, beispielsweise bei der Druckvergasung von Kohle, anfallen.The invention relates to a method for cleaning gasification products under pressure, as in thermal processes, for example in the pressure gasification of coal.

Das bei derartigen Prozessen anfallende gasförmige Produkt enthält je nach Art des Herstellungsverfahrens und der Ausgangsstoffe eine Reihe von Verunreinigungen, die teils gasförmiger teils partikelförmiger Natur sind. Um das gasförmige Produkt der gewünschten weiteren Verwendung zuzuführen, muß es entsprechend gereinigt werden. Dafür werden nach dem bekannten Stand der Technik naßarbeitende Abscheider oder elektrisch arbeitende Abscheider oder aber Kombinationen beider eingesetzt. Damit lassen sich in vielen Fällen die gasförmigen Produkte so reinigen, daß sie etwa Verbrennungskraftmaschinen wie Gasturbinen zugeführt oder in ein Gasversorgungsnetz eingespeist werden können. Nachteilig bei diesen Verfahren ist es, daß Gastemperatur und Gasdruck des beim Herstellungsprozeß anfallenden gasförmigen Produkte den Bedingungen des Gasreinigungsverfahrens angepaßt werden müssen. Dabei kann der Fall eintreten, daß beispielsweise hochsiedende Bestandteile wie Teer bei einer Temperaturerniedrigung als schwer abzuscheidende Nebel kondensiert und eine der ersten Reinigungsstufe nachgeschaltete zweite Nebel-Abscheidestufe notwendig macht. Dies trifft auch dann zu, wenn die erste Stufe eine Waschstufe ist, die etwa mit einem Mineralöl, einem Teeröl oder einem ähnlichen diese hochsiedenden Kohlenwasserstoffe aufnehmenden Waschflüssigkeit arbeitet. Eine derartige Nebelbildung wird soear noch dadurch verstärkt, daß die Waschflüssigkeiten bei den Betriebstemperaturen bereits hohe Dampfdrücke besitzen und somit in erheblichem Umfange verdampfen. Die dadurch in das Gas gelangenden Dampfanteile können nach dem deutschen Patent 20 52 248 dazu benutzt werden, um die Verbrennungswärme des gasförmigen Produkts zu steigern. Dies ist besonders dann von Interesse, wenn das zu reinigende Gas verbrennbare Bestandteile in niedriger Konzentration enthält und durch die zusätzlieh eingebrachten brennbaren Dämpfe aus der Waschstufe eine Nachverbrennung ohne wesentliche äußere Brennstoffzufuhr möglich gemacht wird. Bei der Weiterverwendung des gasförmigen Produktes bei niedriger Temperatur muß jedoch auch hier die BildungThe gaseous product resulting from such processes contains, depending on the type of manufacturing process and the starting materials are a series of impurities, some of which are gaseous and some of which are particulate in nature are. In order to supply the gaseous product to the desired further use, it must accordingly getting cleaned. For this, according to the known prior art, wet separators or electrically operating separators or combinations of both are used. This can be used in many Cases clean the gaseous products so that they are about internal combustion engines such as gas turbines can be supplied or fed into a gas supply network. The disadvantage of this method is that the gas temperature and gas pressure of the gaseous products obtained during the manufacturing process Conditions of the gas cleaning process must be adapted. It can happen that For example, high-boiling components such as tar are difficult to separate when the temperature drops Mist condenses and a second mist separation stage downstream of the first cleaning stage makes necessary. This also applies if the first stage is a washing stage, such as the one with a Mineral oil, a tar oil or a similar absorbing these high-boiling hydrocarbons Washer fluid is working. Such a mist formation is soear reinforced by the fact that the washing liquids already have high vapor pressures at the operating temperatures and thus in considerable Vaporize to a large extent. The steam that gets into the gas as a result can be referred to as the German Patent 20 52 248 can be used to heat the combustion of the gaseous product increase. This is of particular interest if the gas to be cleaned contains combustible components contains low concentration and due to the additionally introduced flammable vapors from the Afterburning stage is made possible without substantial external fuel supply. In the Further use of the gaseous product at a low temperature must, however, also take place here

IS eines Kondensationsnebels hingenommen und so das Verschmieren von Rohrleitungen, Ventilen und gegebenenfalls Regelorganen oder deren Zusetzen befürchtet werden.IS a condensation mist and so that Smearing of pipelines, valves and possibly regulating devices or their clogging is feared will.

The invention aims to remedy these disadvantages

zum Ziele gesetzt. Dazu wird vorgeschlagen, das gasförmige Produkt mit einem flüssigen Metall zu waschen, wobei das Waschen selbst in einem Waschturm, einem Venturiwäscher oder in Wäschern sonstiger Bauart erfolgen kann. Beispielsweise ist das Gas, das bei Kohledruckvergasung etwa mit einer Temperatur von 800 K und einem Druck von 25 bar anfällt, das reduzierend ist und das als Verunreinigungen Schwefel in Form von Schwefelwasserstoff und leichten Merkaptanen sowie Flugasche und Teernebel enthält, bis auf Maschinenreinheit zu reinigen. Dabei sollen sowohl die Temperatur und der Druck, mit denen das Gas anfällt im wesentlichen ungeändert bleiben. Als Wäscher werden Vorrichtungen eingesetzt, die an sich bekannt sind, deren Konstruktion und deren Material, jedoch durch die Temperatur und den Druck des Gases bestimmt werden. Aus diesem Grunde dürfte ein besonders vorteilhafter Wäscher einer vom Venturityp sein. Als Waschflüssigkeit dient ein flüssiges Metall, das sowohl ein reines Metall als auch eine Metall-Legierung, insbesondere eine eutektische Legierung, sein kann. Das unter Druck stehende Gas wird unter Ausnutzung seines eigenen Druckpotentials durch den Wäscher gedrückt. Bei einem Wäscher vom Venturi-Typ wird es zuerst auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und passiert mit dieser hohen Geschwindigkeit die Kehle des Venturis. Vor oder in der Kehle wird Flüssigmetall eingespritzt, um eine Wäsche des Gases im Venturi zu erreichen. Nach dem Austritt aus der Kehle wird das Gemisch von Gas und Flüssigmetall verzögert. Die imset goals. To this end, it is proposed that the gaseous product be mixed with a liquid metal washing, the washing itself in a washing tower, a venturi washer or in other washers Can be made. For example, the gas that is produced in the case of compressed coal gasification is approximately at one temperature of 800 K and a pressure of 25 bar is obtained, which is reducing and the contaminant is sulfur in the form of hydrogen sulfide and light mercaptans as well as fly ash and tar mist, except for Clean machine cleanliness. Both the temperature and the pressure at which the gas is produced in the remain essentially unchanged. Devices that are known per se are used as scrubbers, their construction and material, but determined by the temperature and pressure of the gas will. For this reason, a particularly advantageous scrubber should be one of the Venturityp. as Washing fluid is a liquid metal that is both a pure metal and a metal alloy, in particular a eutectic alloy. The pressurized gas is being used of its own pressure potential pushed through the scrubber. With a venturi-type scrubber it will first accelerates to a high speed and passes the throttle at that high speed of the Venturi. In front of or in the throat, liquid metal is injected to scrub the gas in the venturi reach. After exiting the throat, the mixture of gas and liquid metal is delayed. The in

so Gas enthaltenen Staubteilchen lagern sich an die Tröpfchen des Flüssigmetalls an und können gemeinsam mit diesen Tröpfchen in dem dem Venturi nachgeschalteten Zyklon-Separator aus dem Gasstrom abgetrennt werden, ebenso wie die durch Chemisorption entstande-Dust particles contained in this way are attached to the droplets of the liquid metal and can collectively separated with these droplets in the cyclone separator downstream of the venturi from the gas flow as well as the chemisorption

ss nen schlackenförmigen Reaktionsprodukte.ss nen slag-shaped reaction products.

Die Auswahl des Flüssigmetalls erfolgt unter Berücksichtigung der vom Verfahren her gegebenen Parameter, die die Zusammensetzung des Gases sowie dessen Temperatur und Druck betreffen, daß die sich an der infolge der Tröpfchenbildung stark vergrößerten Metalloberfläche bildenden Metallsulfide zusammen mit der abgeschiedenen Flugasche von den Tropfen des Flüssigmetalls aufgenommen werden. Diese Tropfen werden in dem Separator, der dem Venturi nachgeschal-The selection of the liquid metal is made taking into account the requirements of the process Parameters that affect the composition of the gas as well as its temperature and pressure that the the metal sulfides which form the metal surface area, which is greatly enlarged as a result of the formation of droplets, together with of the separated fly ash are absorbed by the drops of liquid metal. These drops are in the separator, which is located after the venturi.

6s tet ist, aus dem Gasstrom abgetrennt und einer Metall-Läuterung zugeführt, die — um das Druckniveau zu überwinden — z. B. entsprechend hoch abgetaucht sein kann. In der Metall-Läuterune schwimmen die6s tet is separated from the gas stream and one Metal refining supplied, which - in order to overcome the pressure level - z. B. submerged accordingly high can be. They swim in the metal ring tune

abgeschiedenen Verunreinigungen als Schlacke auf und können abgezogen werden.deposited impurities as slag and can be drawn off.

Die Anforderungen an eine derartige Waschflüssigkeit bestimmen deren Auswahl. So muß der Dampfdruck bei Betriebstemperatur entsprechend niedrig sein, S um Verdampfungsverluste gering zu halten. Die Oberflächenspannung soll die Bildung feiner Tröpfchen ermöglichen, und schließlich soll die Grenzflächenspannung auch eine Aufnahme der abgeschiedenen Staubteilchen sicherstellen. Darüber hinaus soll das Metall mit den gasförmigen Verunreinigungen unter Schlackenbildung reagieren. Im Beispiel des Gases aus der Kohledruckvergasung soll sich also unter den Bedingungen einer reduzierenden Atmosphäre eine sulfidische Schlacke bilden, das Sulfid soll bei Betriebstemperatur is stabil sein, sich jedoch unter anderen Bedingungen z. B. unter oxidierender Atmosphäre leicht zersetzen und ein SO₂-haltige3 Reichgas liefern, und daß sich die dabei bildenden Oxide leicht zum Metall aufarbeiten lassen. Solche Anforderungen werden beispielsweise von Zinn erfüllt, das gegebenenfalls mit Blei legiert eingesetzt werden kann.The requirements for such a washing liquid determine its selection. So the vapor pressure at operating temperature must be correspondingly low, S in order to keep evaporation losses low. The surface tension should enable the formation of fine droplets, and finally the interfacial tension should also ensure the absorption of the deposited dust particles. In addition, the metal should react with the gaseous impurities to form slag. In the example of the gas from the compressed coal gasification, a sulphidic slag should form under the conditions of a reducing atmosphere. The sulphide should be stable at operating temperature. B. easily decompose in an oxidizing atmosphere and _{deliver a rich gas containing SO 2} , and that the oxides formed can easily be worked up to metal. Such requirements are met, for example, by tin, which can optionally be used in an alloy with lead.

Das Wesen der Erfindung soll an Hand des folgenden Beispiels näher erläutert werden:The essence of the invention will be explained in more detail using the following example:

Ein künstlich durch Verbrennung von öl erzeugtes Gas hat volumenbezogen folgende ZusammensetzungA gas produced artificially by burning oil has the following composition in terms of volume

3030th

Der Gasanfall wurde bei 1000 mVh, bezogen auf 675 K und 2 bar gehalten. Die in ihm enthaltenen Verunreinigungen waren im wesentlichenThe gas accumulation was kept at 1000 mVh, based on 675 K and 2 bar. The ones contained in it Impurities were essentially

Kohlendioxid:Carbon dioxide: 8%8th% Kohlenmonoxid:Carbon monoxide: 6%6% Wasserstoff:Hydrogen: 4%4% Wasser:Water: 6%6% Stickstoff:Nitrogen: 73%73% Sauerstoff: SpurenOxygen: traces

Schwefel:Sulfur:

Schwefelwasserstoff, leichte Merkaptane, Spuren von elementarem Schwefel in einer Konzentration von!,9gm-³undHydrogen sulfide, light mercaptans, traces of elemental sulfur in a concentration of!, 9gm- ³ and

Staub:Dust:

ölasche, Nebel von hochsiedenden wie Asphalt in einer Konzentration von um 10 g m~³.Oil ash, mist of high boiling points such as asphalt in a concentration of around 10 gm ~ ³ .

Die Konzentrationsangaben beziehen sich auf Betriebsdruck und Betriebstemperatur. Das so erhaltene Gas wurde in einem Venturiwäscher auf etwa 80 ms-' beschleunigt; :r. diesen Gasstrom wurde flüssiges Zinn eingespritzt, und zwar mit einer spezifischen Waschmittelaufgabe von etwa 0,5 Liter je Kubikmeter zu reinigendem Gas. Die mit den abgeschiedenen Verunreinigungen beladenen Waschmitteltröpfchen wurden in einem dem Venturiwäscher nachgeschalteten Zyklon-Separator abgeschieden und zur Waschmittelaufgabe zurückgeführt. Insgesamt waren 120 kg Zinn eingesetzt, das 30mal pro Stunde umgewälzt wurde. Nach einer Stunde Versuchszeit wurden 22 kg Schlacke mit einem Zinngehalt vor. 40% abgezogen. Das vorwiegend als Sulfid vorliegende Zinn wurde durch Abrösten unter Gewinnung eines SO2-haltigen Reichgases zurückgewonnen, von der restlichen Schlacke getrennt und stand zur Rückführung zur Verfügung. Bei dieser Betriebsweise stellte sich am Venturi eine Druckdifferenz von etwa 80 000 Pa ein.The concentration data relate to the operating pressure and temperature. The thus obtained Gas was accelerated to about 80 ms-'in a venturi scrubber; : r. this gas stream became liquid tin injected, with a specific detergent charge of around 0.5 liters per cubic meter cleaning gas. The detergent droplets loaded with the deposited impurities became separated in a cyclone separator downstream of the venturi scrubber and used for detergent feed returned. A total of 120 kg of tin were used, which was circulated 30 times per hour. After an hour of testing time, 22 kg of slag were with a Tin content before. 40% deducted. The tin, which is mainly present as sulfide, was roasted underneath Extraction of a rich gas containing SO2 recovered, separated from the remaining slag and stood available for repatriation. With this mode of operation there was a pressure difference of approx 80,000 Pa.

Im Reingas wurden nach dieser Reinigung im Venturiwäscher noch etwa 0,1 g m~³ Restschwefel und 0,01 gm~³ Reststaub bestimmt. Bezogen auf die auf Normzustand des Gases reduzierten Konzentrationen, lagen die Abscheidegrade des so betriebenen Venturiwäscher für Schwefel bei 91,5% und für Staub bei 99,83%.In the clean gas even about 0.1 gm ~ ³ residual sulfur and 0.01 gm determined ^-3 residual dust after this purification were in the venturi scrubber. In relation to the concentrations reduced to the normal state of the gas, the degrees of separation of the Venturi scrubber operated in this way were 91.5% for sulfur and 99.83% for dust.

Claims

Patent claims:

1. A method for cleaning gasification products under pressure, characterized in that that these gaseous products in a known scrubber with a liquid metal getting washed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a heavy metal or an alloy containing heavy metals is used as the liquid metal will.

3. The method according to claim 2, characterized in that the heavy metal-containing alloy is eutectic

4. The method according to claim 2, characterized in that that the liquid heavy metal is tin or an alloy containing tin

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the liquid metal in the Circulation is performed and that the liquid metal containing the impurities in a metal refining is freed from these impurities.

6. The method according to claim 5, characterized in that a known per se as a scrubber Venturi scrubber with a downstream inertia force separator is used as a separator, whose Liquid metal feed and liquid metal discharge to overcome the pressure difference between the gas and the Atmosphere according to the density of the liquid metal.