DE2607745A1 - Verfahren zum behandeln von kondensat aus der kuehlung von rohgas der druckvergasung fester brennstoffe - Google Patents

Verfahren zum behandeln von kondensat aus der kuehlung von rohgas der druckvergasung fester brennstoffe

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Description

METALLG3SELL5CHAFT AC
Prov. Nr. 7849 LQ Frankf urt/M., 6.2.1976
- Wgn/HSz -
, 9 280774b
Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus der Kühlung von Rohgas der Druckvergasung fester Brennstoffe»
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus der Kühlung von Rohgas der Druckvergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff und Wasserdampf. Ais weiteres Vergasungsmittel kann auch Kohlendioxid in Frage kommen.
Bei den für die Druckvergasung geeigneten festen Brennstoffen handelt es sich vor allem um Kohle, Braunkohle oder Torf. Die Vergasung solcher festen Brennstoffe bei Betriebsdrücken im Bereich von etwa 5 bis 150 bar, vorzugsweise 10 bis 80 bar, ist prinzipiell bekannt. Besonders geeignet für die Druckvergasung ist der Lurgi-Gaserzeugungsreaktor, von welchem Einzelheiten in der deutschen Auslegeschrift 1 021 1 Ιό, dem deutschen Patent 2 352 900 und den US-Patenten 3 540 867, 3 902 872 und 3 930 811 beschrieben sind.
Bei der bekannten Druckvergasung verläßt ein Rohgas mit Temperaturen etwa im Bereich von 400 bis 7000C den Druckreaktor, das {e Normalkubikmeter trockenes Gas 20 bis 80 % Wasserdampf und daneben etwa 1 bis 10 g/Nm feinkörnige Feststoffe enthält. Versuche zeigten, daß die Körnungsbreite der mit dem Rohgas ausgetragenen Feststoffe weitgehend von der Belastung des Reaktors abhängen. Es wurde festgestellt, daß bei der Vergasung von backenden und insbesondere auch von blähenden Kohlen der Auswurf an Feststoffen größer ist als bei der Vergasung nichtbackender und nichtblähender Kohlen. Bei den Feststoffen handelt es sich vorwiegend um nicht umgesetzten Brennstoff sowie um Ascheteilchen.
Das den Druckreaktor verlassende Rohgas wird zunächst einer Wäsche unterzogen und dabei in direktem Kontakt mit Wasser und gekühltem Kondensat gebracht. Aus dem Rohgas werden dabei nicht nur Feststoffe ausgewaschen, sondern es kondensieren auch ein Te?! der Kohlenwasserstoffe, Teere und des Wasserdampfes. Im praktischen Vergasungsbefrieb kann es bei hohem Anteil an Feststoffen im Rohgas auch bereits nach
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kurzer Betriebszeit geschehen, daß die anfallenden Kondensate nicht mehr pumpbar sind. Es ist weiterhin bekannt, daß man den Betrieb mit backenden und blähenden Kohlen wesentlich verbessern kann, wenn das bei der Abkühlung des Rohgases anfallende Gemisch, das Teere, Kohlenwasserstoffe und Feststoffe enthält, mindestens teilweise in die Druckvergasung zurückgeführt wird.
Der heutige Stand der Entwicklung der Druckvergasung fester Brennstoffe erlaubt es, die Druckvergasungsreaktoren mit hoher Durchsatzleistung zu betreiben, d.h. mit etwa 10 bis 20 t Brennstoff pro Stunde. Das hat zur Folge, daß die mit dem Rohgas ausgetragenen Feststoffmengen absolut ansteigen, hinzu tritt, daß der mittlere Korndurchmesser dieser Feststoffe größer wird. Dies kann nach einer gewissen Betriebszeit zu Störungen im Leiiungs- und Pumpensystem führen. Versuche mit Sieben zum Abtrennen der grobkörnigen Feststoffe aus dem Kondensat- , gemisch führten nicht zu einer befriedigenden Lösung, weil diese Grobabscheider mit einem erheblichen Aufwand gereinigt werden müssen. Das dabei abgezogene Grobkorn enthält noch einen Anteil hochsiedender Teere und muß mit erheblichem Aufwand vernichtet werden, weil ein Deponieren aus Umweltschutzgründen nicht in Frage kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Nachteile bekannter Vorschläge zu vermeiden und einen störungsfreien, wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Teer, Feststoffe und Wasser enthaltende Kondensat in eine Trenneinrichtung geleitet, daraus eine schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion abgezogen und mindestens teilweise durch eine Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung geführt wird und ein Teil des Feststoffes in einer Korngröße im wesentlichen unter 2 mm im Kondensat, das aus der Druckvergasung stammt, zugegeben und ein weiterer Teil zur Trenneinrichtung zurückgeführt wird.
Die feststoffreiche Fraktion des Kondensatgemisches wird durch Behandeln in der Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung von ihrem Grobkornanteil mit Korngrößen oberhalb von 2 mm im wesentlichen befreit, wobei gleichzeitig auch eine gewisse Vermischung der Partikel im Kondensat und ein Homogenisieren des Ge-
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misches bewirkt wird. Es zeigte sich, daß das so behandelte Gemisch nicht mehr dazu neigt, insbesondere in Leitungen und Pumpen störende Ablagerungen zu bilden-1
Es ist zweckmäßig, sowohl das zur Druckvergasung wie das zurück zur Trenneinrichtung geführte Kondensat auf einer Temperatur oberhalb von 500C, vorzugsweise oberhalb von 700C, zu halten. Die erhöhte Temperatur wirkt vor allem einem Verfestigen der Teerbestandteile im Kondensat entgegen, was ansonsten Anbackungen und Verstopfungen begünstigen könnte. Es ist möglich, daß die aus der Trenneinrichtung abgezogene schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion einen Feststoffanteil im Bereich von 10 bis 60 Gew.% besitzt. Auch wenn der Feststoffanteil in die Nähe dieser Obergrenze kommt oder sie erreicht, ist es noch möglich, dieses Gemisch störungsfrei zu handhaben.
Es ist vorteilhaft, die Behandlung des Kondensats in der Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung so einzustellen, daß die Feststoffe im behandelten Kondensat überwiegend eine Korngröße unter 0,5 mm aufweisen. Feststoffe mit kleiner Korngröße lassen sich leichter im teerhaltigen Kondensat fein verteilt halten und können dadurch als Störungsursache praktisch ausgeschaltet werden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
Einem Druckvergasungsreaktor 1 wird durch die Leitung 2 fester Brennstoff in körniger Form, insbesondere Kohle, zugeführt. Durch die Leitung 3 wird dem Reaktor 1 sauerstoffhaltiges Gas und durch die Leitung 4 wird ihm Wasserdampf zugegeben. Die bei der Vergasung zurückbleibende Asche wird in der Leitung 5 abgezogen. Während der Druckvergasung im Reaktor 1 wird der Brennstoff im Festbett gehalten und bewegt sich dabei im Gegenstrom zu den Vergasungsmitteln Sauerstoff und Wasserdampf. Das Rohgas der Vergasung strömt mit Temperaturen von etwa 400 bis 700°C aus dem Reaktor 1 in den Waschkühler Im Waschkühler 7 wird das Rohgas mit einem Gemisch aus Wasser und Kondensat
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mit Temperaturen etwa von 160 bis 2200C in direkten Kontakt gebracht. Gewaschenes und mit Wasserdampf gesättigtes Gas wird in der Leitung 8 zu einem Abhitzekessel 9 geführt. Dem Abhitzekessel wird durch die Leitung 10 auch ein Teil des im Waschkühler 7 angesammelten Kondensats zugegeben. Das im Abhitzekessel gekühlte Gas verläßt diesen durch die Leitung 11. Im Sumpf des Abhitzekessels angesammeltes Kondensat wird durch die Leitung 12 zurück zum Waschkühler 7 geführt; Frischwasser wird durch die Leitung 13 zugegeben. Es ist in manchen Anwendungsfällen erforderlich,, das Gas mit einer Sättigungstemperatur von 160 - 1800C zur weiteren Reinigung und z.B. für die Verwendung in einem kombinierten Gas-/Dampfturbinen-Prozess abzugeben. In diesen Fällen kann die Anordnung eines Abhitzekessels entfallen. Das gesättigte Gas wird dabei nach dem Waschkühler eventuell notwendigen Reinigungsstufen zugeführt.
Ein Kondensatgemisch, das die im Waschkühler 7 aus dem Rohgas entfernten Feststoffe enthält, wird in der Leitung 15 abgeführt und über eine oder mehrere Entspannungsstufen 16 auf Atmosphärendruck entspannt. Das entspannte Gemisch wird einer Trenneinrichtung 17 zugeführt, in welcher dessen verschiedene Bestandteile durch Schwerkraftwirkung getrennt werden. Im untersten Teil der Trenneinrichtung 17 sammelt sich der Hauptteil der Feststoffe vor allem noch zusammen mit schwerem, hochsiedendem Teer. Darüber reichern sich Kohlenwasserstoffe, niedriger siedende Teere und Teeröle an, die nur wenig Staub enthalten und durch die Leitung 18 ihren weiteren Aufarbeitung zugeführt werden. Im oberen Teil der Schwerkraft-Trenneinrichtung 17 befindet sich ein Gemisch, das Gaswasser, leichte Kohlenwasserstoffe und leichte Öle enthält. Für dieses Gemisch ist die Abzugsleitung 19 vorgesehen. Entspannungsgas verläßt die Trenneinrichtung durch die Leitung 20.
Die schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion des in der Trenneinrichtung 17 befindlichen Gemisches wird aus dem unteren Ende der Trenneinrichtung in der Leitung 21 zu einer Zerkleinerungsvorrichtung 22 geführt. Die Feststoffe, welche in ein hoch viskoses Trägermedium eingebettet sind, v/erden dort so weit zerkleinert, daß schließlich nur noch eine maximale Korngröße von 2 mm vorliegt.
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Durch die Zerkleinerung der Feststoffe v/ird gleichzeitig auch ein Homogenisieren des durch die Zerkleinerungsvorrichtung 22 geführten Gemisches erreicht. Als Zerkfeinerungsvorrichtungen eignen sich z.B. aus der Arzneimittelhersfellung bekannte Dispergiermaschinen (Ullmann's Encykiopädie der technischen Chemie, Band 4 (1953), Seiten 21/22). Das feststoffhaltige Kondensat aus der Zerkleinerungsvorrichtung 22 wird mit Hilfe der Pumpe 23 zum Teil durch die Leitung 24 über eine Dosierpumpe 25 wieder der Druckvergasung aufgegeben und zu diesem Zweck durch die Leitung 26 in den oberen Bereich des Druckvergasungsreaktors 1 geleitet. Der überschüssige Teil des Kondensatgemisches wird durch die Leitung 27 zurück zur Trenneinrichtung 17 geführt und dieser wieder entweder durch die Leitung 28 mit Ventil 29 oder die Leitung 30 mit Ventil 31 aufgegeben. Somit wird ein Teil des hoch feststoffhaltigen Kondensatgemisches im Kreislauf geführt. Unter bestimmten günstigen Vergasungsbedingungen ist es möglich, das Ganze durch die Leitung 21 aus der Trenneinrichtung 17 abgeführte Material dem Druckvergasungsreaktor 1 aufzugeben, so daß die Kreislaufführung über die Leitung 27 entfällt.
Beispiel 1
Ein Lurgi-Gaserzeugungsreaktor mit einer Leistung pro Stunde von 2.000 Nm^ feuchten Rohgases pro m Reaktor-Innenquerschnitt wurde mit einer Kohle folgender Qualität betrieben:
Teergehalt (Fischer-Analyse): 12,5 Gew.%
Backzahl (nach Damm): 12
Körnungsbreite der Kohle: 3 bis 30 mm
Swelling Index: 4
Das Rohgas verläßt den mit einem Betriebsdruck von 20 bar arbeitenden Druckvergasungsreaktor mit einer Temperatur von 550 C und wird im Waschkühler auf 180°C gekühlt. Ein teer- und staubhaltiges Kondensatgemisch wird einer Schwerkraft-Trenneinrichtung 17 zugeführt; dieser Trenneinrichtung wird am unteren Ende eine schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion entzogen, wobei der mittlere Korndurchmesser der Feststoffe bei 1,5 mm liegt; der Feststoffanteil im Gemisch beträgt 20 Gew.%.
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Die handelsüblichen, für die Rückführung des Gemisches zum Druckreaktor 1 sowie auch zur Kreislaufführung über die Leitung 27 vorgesehenen Pumpen versagten nach einer Betriebszeit von ca. 10 Stunden, so daß der Vergasungsbetrieb abgebrochen werden mußte. Der Einbau von Sieben in die Leitung 21 verlängerte den Gaserzeugungsbetrieb, doch mußte hierbei je Druckreaktor und Stunde 100 I eines Teer-Feststoff-Gemisches aus der Anlage abgeführt und vernichtet werden.
Beispiel 2
Der gleiche Gaserzeuger wie in Beispiel 1 wurde mit der 2 1/2-fachen Leistung, d.h. pro Stunde mit 5.000 Nm Rohgas pro rrr Reaktor-Innendurchmesser betrieben. Die eingesetzte Kohle sowie auch die wesentlichen Betriebsbedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1.
Durch die Leistungssteigerung stieg der mittlere Korndurchmesser der im Rohgas enthaltenen Feststoffe auf 5 mm. Mit Hilfe der in der Zeichnung dargestellten Verfahrensführung mit Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung 22 wurden die Feststoffe im Gemisch der Leitung 21 so weit zerkleinert, daß sie im wesentlichen nur noch Korngrößen unter 2 mm aufwiesen. Der mittlere Korndurchmesser lag bei 0,5 mm. Der Feststoffanteil im Kondensatgemisch betrug 45 Gev/.%. Trotzdem kein feststoffhaltiges Kondensat aus der Anlage entfernt wurde, konnte die Vergasung mehrere Monate kontinuierlich arbeiten.
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Claims (4)

260774b Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandein von Kondensat aus der Kühlung von Rohgas der Druckvergasung fester Brennstoff mit Sauerstoff und Wasserdampf,. dadurch gekennzeichnet, daß das Teer, Feststoffe und Wasser enthaltende Kondensat in eine Trenneinrichtung geleitet, daraus eine schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion abgezogen und mindestens teilweise durch eine Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung geführt wird und ein Teil des Feststoffes in einer Korngröße im wesentlichen unter 2 mm aufweisenden Kondensats der Druckvergasung zugegeben und ein weiterer Teil zur Trenneinrichtung zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das zur Druckvergasung wie das zurück zur Trenneinrichtung geführte Kondensat eine Temperatur oberhalb von 500C, vorzugsweise oberhalb von 700C, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Trenneinrichtung abgezogene schwere, hoch feststoffhaltige Fraktion einen Feststoffanteil von 10 bis 60 Gew.% aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe im die Feststoff-Zerkleinerungsvorrichtung verlassenden Kondensat überwiegend eine Korngröße unter 0,5 mm aufweisen.
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