DE2623489C2

DE2623489C2 - Verfahren zur Erzeugung eines heizwertreichen, staubarmen Gases

Info

Publication number: DE2623489C2
Application number: DE2623489A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Bierbach; Carl Dr.-Ing. 6000 Frankfurt Hafke; Rudolf Ing.(grad.) 6393 Wehrheim Kohlen
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1986-10-30
Also published as: CS198230B2; SU764616A3; ZA771187B; DE2623489A1; GB1517140A; DD132979A5; PL198402A1; PL101782B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines staubarmen Gases aus dem feststoffhaltigen, 350 bis 800° C heißen Rohgas der Vergasung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, in einem Vergasungsreaktor unter einem Druck von 5 bis 150 bar mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltenden Gasen als Vergasungsmittel, wobei das heiße Rohgas mit kohlenwasserstoffhaltiger Waschflüssigkeit gewaschen wird.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 24 29 439 bekaant, das heiße Rohgas wird hierbei mit einer Wasser-öl-Emulsion gewaschen und dabei abgekühlt. Bekannt ist auch die Druckvergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff und Wasserdampf als Vergasungsmittel in einem Festbett Als Vergasungsmittel kann zusätzlich Kohlendioxid verwendet werden. Das Rohgas der Vergasung fällt mit Temperaturen im Bereich von 350 bis 800° C an, seine wichtigsten Gasbestandteile sind Wasserstoff, Kohlenoxide und Methan.

Es ist auch möglich, feste Brennstoffe mit Luft oder sauerstoffangereicherter Luft im Gemisch mit Wasserdampf zu vergasen, wobei sogenannte Schwachgase mit relativ niedrigem Heizwert erzeugt werden. Diese Gase eignen sich insbesondere zu Heizungszwecken und auch für den Einsatz in Kraftwerken, z. B. in einem kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenprozeß.

Die durch Druckvergasung fester Brennstoffe erzeugten Gase enthalten in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Vergasungsmittels noch Stickstoff, Wasserdampf sowie auch erhebliche Mengen an Kohlenwasserstoffen verschiedener Art und Siedelage, dazu Ammoniak und auch Schwefelverbindungen. Im Rohgas

ίο sind auch staubförmige bis feinkörnige mitgerissene Feststoffteilchen des Brennstoffs und/oder der Asche vorhanden. Die Beladung des Rohgases mit feinkörnigem oder staubförmigem Feststoff hängt weitgehend von der Belastung des Vergasungsreaktors, vom Verhalten des Brennstoffs während der Vergasung und vom Feinkornanteil im zu vergasenden Brennstoff ab. Der Trend zu höheren Gaserzeugerleistungen erbrachte auch einen höheren Auswurf feinkörniger Feststoffe mit dem Rohgas. Der Staubgehalt im Rohgas übersteigt nicht selten Werte von 10 g/Nm³, so daß die Verwendung dieses Gases, z. B. in Arbeitsmaschinen, ohne weitgehende Entstaubung nicht möglich ist

Aufgabe der Erfindung ist es, möglichst staubarme, daneben aber auch heizwertreiche Gase aus dem Rohgas der Druckvergasung fester Brennstoffe bereitzustellen. Dies wird beim eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man das heiße Rohgas aus dem Vergasungsreaktor in einer aus einem oder mehreren Zyklonen bestehenden Grobreinigungsstufe ohne Waschflüssigkeit teilweise von Feststoffen befreit, kühlt, das gekühlte Rohgas in einer nachfolgenden Intensivwaschstufe behandelt, die aus einem oder mehreren Radialstromwäschern besteht, wobei man in der Intensivwaschstufe das Rohgas pro Nm³ mit 0,5 bis 61 einer Waschflüssigkeit besprüht, die praktisch völlig aus Kohlenwasserstoffen und zu höchstens 2 Gew.-% aus Wasser besteht, die eine Temperatur im Bereich von 200 bis 300° C aufweist und deren Kohlenwasserstoffe zu mindestens 85% oberhalb von 350° C sieden, daß man das die Intensivwaschstufe verlassende Gas in einem Abhitzekessel zusammen mit der Waschflüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch kühlt, heizwertreiches, staubarmes Gas abzieht und einem Kraftwerksprozeß zuführt, Waschflüssigkeit und Kondensat aus dem Abhitzekessel in einem Teerscheider in eine feststoffreiche, schwere Phase und mindestens eine feststoffarme, leichtere Phase trennt und die feststoffarme, leichtere Phase als Waschflüssigkeit in die Intensivwaschstufe leitet.

Überraschenderweise gelingt es durch Verwenden von Kohlenwasserstoffen als Waschmittel auch, den restlichen Feststoffgehalt im gewaschenen Gas auf die Werte für Maschinenreinheit zu senken, auch ohne daß nennenswerte Wassermengen verwendet werden. Würde man die Intensivwaschstufe mit Wasser als Waschmittel beaufschlagen, ginge jedoch viel zu viel Wasserdampf in das gewaschene Gas über, wodurch dessen Heizwert ganz beträchtlich absinken würde.
Eine Ausführungsform des ertindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe der Zeichnung erläutert.

In einem an sich bekannten Vergasungsreaktor 1 wird körniger, fester Brennstoff aus der Leitung 2 unter einem Druck von 5 bis 150 bar im Festbett vergast. Die Vergasung geschieht unter Zufuhr von Sauerstoff und Wasserdampf durch die Leitung 3, wobei der Sauerstoff ganz oder teilweise durch Luft ersetzt sein kann. Die Asche wird durch die Leitung 4 aus dem Reaktor abgeführt.

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Das in der kontinuierlichen Vergasung erzeugte Rohgas verläßt den Reaktor 1 mit Temperaturen im Bereich von 350 bis 800° C und strömt durch die Leitung 5 zu einem Entstaubungszyklon 6. Die dabei abgeschiedenen Feststoffe sammeln sich in der Leitung 7a; sofern der Anteil an Brennstoff in den Feststoffen der Leitung 7a groß genug ist, können diese in den Reaktor 1 in nicht näher gezeigter Weise zurückgeführt werden.

Vom Zyklon 6 strömt das Rohgas in der Leitung 7 zur Intensivwaschstufe, die in der Zeichnung als Radialstromwäscher 8 ausgestaltet ist Da die Temperaturen in dem den Zyklon 6 verlassenden Gas üblicherweise über 350° C liegen, wird das Gas vor Eintritt in die Intensivwaschstufe abgekühlt Dies geschieht am einfachsten durch Eindosen von Wasser im Kühler 9, der eine Wasserzuleitung 10 und eine Ableitung 11 besitzt Die Kühlung verhindert ein Kracken von Bestandteilen der Waschflüssigkeit beim Zusammentreffen mit dem heißen, vorgereinigten Gas im Wäscher 8.

Im Radialstromwäscher 8 wird das Gas mit Waschflüssigkeit aus dem Verteiler 12 besprüht, dabei werden 0_r5 bis 61 Waschflüssigkeit pro Nm³ Rohgas aufgewandt. Die Waschflüssigkeit wird in der Leiti ;ag 13 herangeführt. Ein für die Intensivwäsche geeigneter Radialstromwäscher ist im deutschen Patent 22 24 519 beschrieben. Der Radialstromwäscher sorgt dafür, daß sich eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gas und den Tröpfchen der Waschflüssigkeit einstellt, was zu einer entsprechend hohen Benetzungswahrscheinlichkeit für die Staubteilchen führt Wie bereits erläutert besteht die Waschflüssigkeit praktisch vollständig aus Kohlenwasserstoffen. Die Kohlenwasserstoffe kommen aus der Vergasung und sind im Rohgas enthalten. Die Temperatur der Waschflüssigkeit liegt im Bereich von 200 bis 300° C. Die untere Temperaturgrenze wird so gewählt, daß sie höher als die Sättigungstemperatur des im Gas enthaltenen Wasserdampfs liegt, um dessen Kondensation zu vermeiden. Im Wäscher 8 tritt das zu waschende Gas zusammen mit der Waschflüssigkeit durch einen in der Breite veränderlichen Ringspalt 14 hindurch und strömt dann nach außen und nach unten entlang einem glockenförmigen Führungskörper 15. Der Strömungsweg des Gases im Wäscher 8 ist durch die punktierten Linien 17 und 18 angedeutet.

Das Gemisch aus Gas und Waschmittel wird aus dem Wäscher 8 in der Leitung 20 zu einem Abhitzekessel 21 geführt, wo eine Kühlung durch in&rekten Wärmeaustausch stattfindet. Dabei kondensieren auch im Gas enthaltene schwere Kohlenwasserstoffe. Die Kühlung wird so eingestellt, daß auch im Abhitzekessel 21 kein oder nur möglichst wenig Wasserdampf kondensiert Der Sumpf 21a des Abhitzekessels kann als Zyklonabscheider ausgebildet sein, um eine gute Trennung von gereinigtem Gas und mit Feststoffen angereicherter Waschflüssigkeit zu erreichen. Das gekühlte, mit niedriger siedenden Kohlenwasserstoffen angereicherte Gas verläßt den Abhitzekessel durch den Reingasabzug 22. Der Feststoffgehalt im Reingas beträgt höchstens noch 10 mg/Nm³. Bevor es als heizwertreiches Gas, z. B. in einem Kraftwerksprozeß verwendet wird, kann es zweckmäßig sein, Kohlenwasserstofftröpfchen in einem nicht dargestellten Tropfenabscheider aufzufangen.

Vom Abhitzekessel 21 fließt das gekühlte Waschmittel in einen Teerscheider 23. Dort werden die verschiedenen Kohlenwasserstoffe in an sich bekannter Weise nach dem Schwerkraftprinzip getrennt. Zusammen mit den Feststoffen sammelt sich die schwere Kohlenwasserstoff-Fraktion am unveren Ende des Teerscheiders 23

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65 und wird durch die Leitung 24 mit Hilfe de.r Pumpe 25 abgezogen. Es ist zweckmäßig, die feststoffreiche, überwiegend Schwerteer enthaltende Fraktion zurück in den Vergasungsreaktor 1 zu führen, dem sie durch die dort angedeutete Leitung 26 aufgegeben wird. Ein Mischer 27 im Unterteil des Teerscheiders 23 sorgt für eine homogene Verteilung der Feststoffe in der flüssigen Phase.

Die im Teerscheider 23 anfallende leichtere Kohlenwasserstofffraktion, die nur einen geringen Feststoffgehalt aufweist wird durch die Leitung 13 mit der Pumpe 28 zurück zum Wäscher 8 geführt

Im Abhitzekessel 21 wird durch indirekten Wärmeaustausch Wasserdampf für die Vergasung im Reaktor 1 erzeugt und zu diesem Zweck Wasser durch die Leitung 30 zugeführt Entstehender Wasserdampf strömt in der Leitung 31 zur Vergasungsmittelleitung 3. Sauerstoffhaltiges Gas und gegebenenfalls zusätzlicher Wasserdampf wird in der Leitung 32 herangeführt

Beispiel

In einer Verfahrensführung nach der Zeichnung werden in einem Druckvergasungsreaktor 1 bekannter Bauart (»LURGI-Druckgaserzeuger«) etwa

48 000 NmVh trockenes Rohgas unter einem Druck von 20 bar erzeugt Zur Erzeugung dieses Produktgases werden dem Reaktor pro Stunde etwa 17 000 kg körnige Steinkohle und als Vergasungsmittel etwa 25 000 Nm³ Luft mit einem Wasserdampf-Zusatz von 0,35 kg/Nm³ Luft zugegeben. Das den Reaktor durch die Leitung 5 verlassende Rohgas hat folgende Zusammensetzung:

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CO₂ + H₂S	14,4 V0I.-O/0
H₂	22,7 Vol.-%
N₂	41,0VoI.-%
CO	17,1 Vol.-%
CH₄	4,2 VoI.-%
C_nHm	0,6 VoL-%

Auf trockenes Rohgas bezogen, sind im Produktgas ferner noch enthalten:

45 Teer und öl

Gasbenzin

Wasserdampf

staubförmige

Feststoffe

40 g/Nm³

7 g/Nm³
0,14 kg/Nm³

8 g/Nm³

Der untere Heizwert des Rohgases liegt bei 1690 kcal/Nm³. Die Temperaturen des Rohgases in der Leitung 5 schwanken zwischen 520° und 55O⁰C. Das RohjKS durchströmt den Entstaubungszyklon 6 und wird im Kühler 9 durch Einsprühen von Wasserdampf auf 350°C gekühlt Der Wasserdampfgehalt im Gas steigt dadurch auf 0,27 kg/Nm³ trockenes Gas. In einem Radialstromwäscher wird das Gas einer Intensivwäsche unterzogen und dabei mit etwa 25 nvVh einer im Kreislauf geführten tet/igen Waschflüssigkeit besprüht. Die Waschflüssigkeit besteht zu 85% aus Kohlenwasserstoffen, die oberhalb von 350° C sieden.

Das den Wäscher 8 verlassende Reingas enthält neben den unverändert gebliebenen gasförmigen Bestandteilen 0,27 kg/Nm³ Wasserdampf, 7 g/Nm³ Gasbenzin und 47 g/Nm³ Teer + öl, jeweils bezogen auf trockenes Gas. Der untere Heizwert des feuchten Gases liegt bei 1600 kcal/Nm³.

Gas und Waschflüssigkeit werden aus der Intensiv-Waschstufe in den Abhitzekessel 21 geleitet, in dem ein Teil der fühlbaren Wärme durch indirekten Wärmeaustausch in 4200 kg/h Hochdruckdampf umgewandelt wird, der unter einem Druck von 25 bar steht. Dieser Dampf kann vorteilhafterweise ohne zusätzliche Kompression direkt als Vergasungsdampf der Vergasungsluft zugemischt und in den Reaktor 1 eingeleitet werden. Die Vergasung benötigt insgesamt 8750 kg/h Wasserdampf, von denen 4000 kg/h aus der an sich bekannten Wasserkühlung des Mantels des Reaktors 1 stammen, 4200 kg/h im Abhitzekessel 21 erzeugt werden und der Rest von ca. 550 kg/h durch eine fremde Wasserdampfquelle geliefert werden. Im Abhitzekessel 21 wird das Reingas auf 225°C gekühlt. Da der Wasserdampftaupunkt des Reingases bei 158° C liegt, ist die Gastemperatur hoch genug, um ein Auskondensieren von Wasserdampf zu vermeiden. Aus dem Sumpf 21a des Abhitzekessels fließt dip. u/Ptrpn Her Verrjarnnfijno leichter siedender Bestandteile eingedickte Waschflüssigkeit in den Teerscheider 23. Dort findet nach dem Schwerkraftprinzip eine Trennung in eine feststoffreiche, schwerere Phase und eine feststoffarme, leichtere Phase statt; letztere wird als Waschflüssigkeit im Wäscher 8 wiederverwendet

Würde man im Gegensatz zum erläuterten Beispiel das Rohgas mit Wasser waschen, erhielte man ein Reingas mit einem unteren Heizwert von nur noch H20kcal/Nm³.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung eines staubarmen Gases aus dem feststoffhaltigen, 350 bis 800° C heißen Rohgas der Vergasung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, in einem Vergasungsreaktor unter einem Druck von 5 bis 150 bar mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthaltenden Gasen als Vergasungsmittel, wobei das heiße Rohgas mit kohlenwasserstoffhaltiger Waschflüssigkeit gewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das heiße Rohgas aus dem Vergasungsreaktor in einer aus einem oder mehreren Zyklonen bestehenden Grobreinigungsstufe ohne Waschflüssigkeit teilweise von Feststoffen befreit, kühlt, das gekühlte Rohgas in einer nachfolgenden Intensivwaschstufe behandelt, die aus einem oder mehreren Radialstromwäschern besteht, wobei man in der Intensivwaschstufe das Rohgas pro Nm³ mit 0,5 bis 61 einer Waschflüssigkeit besprüfc» die praktisch völlig aus Kohlenwasserstoffen und zu höchstens 2 Gew.-% aus Wasser besteht, die eine Temperatur im Bereich von 200 bis 300° C aufweist und deren Kohlenwasserstoffe zu mindestens 85% oberhalb von 350° C sieden, daß man das die Intensivwaschstufe verlassende Gas in einem Abhitzekessel zusamme« mit der Waschflüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch kühlt, heizwertreiches, staubarmes Gas abzieht und einem Kraftwerksprozeß zuführt, Waschflüssigkeit und Kondensat aus dem Abhitzekessel in einem Teerscheider in eiiie feststoffreiche, schwere Phase und mindestens eine fesfotoffarcte, leichtere Phase trennt und die feststoffirme, leichtere Phase als Waschflüssigkeit in die Intensiv« rfchstufe leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor der intensivwaschstufe durch Einsprühen von Wasser gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststoffreiche, schwere Phase aus dem Teerscheider in den Vergasungsreaktor geleitet wird.