DE2646865A1

DE2646865A1 - Verfahren zur reinigung und kuehlung von staubfoermige verunreinigungen enthaltenden partialoxydationsgasen

Info

Publication number: DE2646865A1
Application number: DE19762646865
Authority: DE
Inventors: Ulrich Geidies; Gerhard Wilmer
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1978-04-20
Also published as: PL108917B1; US4328011A; PL201520A1; ZA775852B; DE2646865C2

Description

Essen, «Jen 14. Oktober 1976 3 N4702/7a Dr.Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH. 4300 Essen, Moltkeetrasse 29

Verfahren zur Reinigung und Kühlung von staubförmige Verunreinigungen enthaltenden Partialoxydationsgasen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung und Kühlung von staubförmige Verunreinigungen enthaltenden Partialoxydationsgasen.

Ee ist bekannt, dass man durch Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger .Brennstoffe, wie z. B. Kohle, Kohlenstaub oder schwerer Heizöle, mit Luft oder Sauerstoff Par tialoxydations gase erhalten kann, die im wesentlichen nur noch durch solche Feststoffe verunreinigt sind, die staubförmig vorliegen. Dagegen enthalten diese Gase keine oder keine nennenswerten Mengen mehr an höher siedenden Kohlenwasserstoffen wie öle, Teere, Benzol, Phenole oder ähnlichen Verbindungen. Ein bekanntes und in der Praxis bewährtes Verfahren zur Gleichstrom vergasung ist das Koppers-Totzek-Verfahren, welches bisher bei normalen oder geringfügig erhöhtem Vergasungsdruck eingesetzt wurde.

Die etaubförmigen Verunreinigungen derartiger Partialoxydationsgase bestehen im wesentlichen aus Ruse, Kohlenstaub und Flugasche, die in einer Menge von ca. 60 - 100 g/Nm Gas als Vergasungsrückstand anfallen und zum Teil mit den Gasen aus dem Vergaser ausgetragen und deshalb aus .dem Gasstrom abgeschieden werden müssen. Ferner enthalten die erzeug-

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ten Partialoxydationsgase gasförmige Verunreinigungen, insbesondere HS, HCN₁ COS und CO , die ebenfalls im Verlaufe des weiteren Verfahrensgangee entfernt werden müssen. Wegen des Fehlens der weiter oben genannten höhereiedenden Kohlenwaseerstoffe in derartigen Gasen hat man bisher in der Praxis die vom Vergaser kommenden heissen Gase in sogen. Kühlwascher geleitet. In diesen wurden die Gase durch direkten Kontakt mit Wasser gekühlt und gleichzeitig die staubförmigen Verunreinigungen ausgewaschen. Ein Verfahrensschema für eine derartige Gasbehandlung ist beispielsweise in der Zeitschrift "Erdöl und Kohle" , Bd. 28 (1975), Seite 84, Bild 6, dargestellt.

Diese Arbeitsweise hat jedoch den Nachteil, dass hierbei verhältnisn ässig grosse Abwaseermengen anfallen, da das von den Kühlwaechern ablaufende Waschwaeser wegen der darin als Suspension mitgeführten etaubförmigen Verunreinigungen nicht ohne entsprechende Reinigung abgestossen werden kann. Aueserdem enthält dieses Waschwasser in Abhängigkeit von dem bei der Kuhlwaschung angewandten Druck mehr oder weniger grosee Mengen an übelriechenden und giftigen Bestandteilen wie HS, HCN und COS gelöst, die ebenfalls in geeigneter Form beseitigt werden müssen. Die Behandlung der bei der Kühlwaschung der Partialoxydationsgase anfallenden Abwassermengen stellt deshalb bei den heute immer schärfer werdenden behördlichen Beetimmungen und Auflagen hinsichtlich des Umweltschutzes ein schwerwiegende» Promblcm dar. Verschärft u-ird diese Problematik zusätzlich noch da-

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durch, dass auch bei der Kohlevergasung die Tendenz immer mehr zu Anlagen mit «rossen Durchsätzen geht, weshalb die anfallenden Abwasser mengen ständig steigen-

Auf Grund der aufgezeigten Problematik hätte os nahegelegen, die staubförmigen Verunreinigungen aus dem Gas durch eine trockene Gasreinigung abzutrennen. Ea hat sich jedoch gezeigt, dass mit Staubabscheidern bekannter Bauart eine vollständige Abtrennung der staubförmigen Verunreinigungen aus dem Gasstrum nicht möglich ist, weil diese stete einen gewissen Kornanteil unter 10M. Korngrösse enthalten, der von den Staubabscheidern nicht mehr zurückgehalten wird. Auch die Anwendung von Elektrofiltern oder dergl. ist in diesem Falle nicht angebracht. Bei einer Betriebestörung im Vergaser könnte nämlich nicht umgesetzter Re aktions sauer stoff zusammen mit dem Partialoxydationegaa in den Elektrofilter gelangen und dort zu Explosionen führen.

Der Erlindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung und Kühlung von staubförmige Verunreinigungen enthaltenden Partialoxydationsgasen zu schaffen, das einerseits eine möglichst vollständige Abscheidung der staubiörmigen Beetandteile aus dem Gas gewährleistet und

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andererseits einen möglichst geringen Abwasseranfall verursacht. Das Verfahren soll dabei absolut betriebssicher sein und hinsichtlich der Gaskühlung eine grosse Flexibilität ermöglichen.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist gemiiss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Gase zunächst unter aolchen Bedingungen in einen Staubabscheider eingeleitet werden, dass in diesem 70 - 95 % der im Gas enthaltenen etaubförmigen Verunreinigungen abgeschieden werden, worauf die Gase in einem Nassreiniger mit einer solchen Wassermenge gewaschen werden, die für die Entfernung der restlichen Staubmenge gerade ausreichend ist.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird also in der ersten Verfahrens stufe ein direkter Kontakt der heissen Gase mit Wasser vermieden. Vielmehr werden diese von vornherein unter solchen Bedingungen in den Staubabscheider eingeleitet, bei denen nur eine 70 - 95 /oige Abscheidung des Staubes erzielt wird. Als Staubabscheider können vorzugsweise Zyklone bekannter Bauart eingesetzt werden. Die für die Erzielung des gewünschten Abscheidungsgrades erforderliche Eintrittsgeschwindigkeit liegt dabei im Bereich von 15-25 m/sec. Es können in dieser Verfahrensatufe aber auch sogen. Schwerkraftabscheider oder Prallblechabscheider zur Anwendung gelangen.

Die im Staubabscheider nicht aus dem Gas entfernten Staubanteile werden

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aiischliessend in einem Nassreiniger bekannter Bauart ausgewaschen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Desintegratoren, Spray-AVaeeher oder Venturi-Wascher handeln. Letztere werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn die Vergasung unter erhöhtem Druck durchgeführt wurde und die Par tialoxydations gase mit entsprechender Verdichtung vorliegen. Arbeitet man dagegen bei Normaldruck oder nur leicht erhöhtem Druck bis etwa 0, 3 atü, so ist den Desintegratoren der Vorzug zu geben. Gemäss der Erfindung kommt dem Nassreiniger keine Kühlfunktion zu. Dieser wird deshalb lediglich mit einer solchen Wassermenge beaufschlagt, die für eine Auswaschung der restlichen Staubmenge aus dem Gasstrom gerade ausreichend ist. Dementsprechend beträgt die für den Nass was eher benötigte Waschwaßsermenge nur etwa 20 % der Waschwassermenge, die bisher in den sogen. Kühlwaschern erforderlich war. Auf Grund der verhältnismässig geringen Staubmengen, die in der Nassreinigung noch abgeschieden werden müssen, sowie der dafür erforderlichen verhältnismäesig kleinen Waschwassermenge ist für die Aufarbeitung der aus dieser Verfahrene stufe ablaufenden Suspension aus Staub und Waschwaaser nur eine relativ kleine Abwasserbehandlungsanlage erforderlich.

Hinsichtlich der Gaskühlung kann das erfindungsgemässe Verfahren ausserordentlich flexibel ausgestaltet werden. Normalerweise wird man den aus dem Vergaser austretenden Gasstrom vor dem Eintritt in den Staubabscheider in einem Abhitzekessel vorkühlen. Der Abhitzekessel befindet sich da-'bei unmittelbar hinter dem Vergaser oder ist mit demselben zu einer Baueinheit vereinigt. /

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Selbstverständlich erfährt der Gasstroin im weiteren Verfahrens verlauf, d.h. beim Passieren des Staubabscheiders und des Nassreinigers eine entsprechende Abkühlung. Sollten die aus dem Nassreiniger austretenden Gase noch einer weiteren Abkühlung bedürfen, so kann diese wegen der inzwischen erfolgten weitgehenden Entstaubung der Gase durch direkte Gaskühlung erfolgen, beispielsweise in einem Füllkörper-, Horden- oder Sprühkühler. Diese abschliessende direkte Gaskühlung ist vor allem bei niedrigen Gasdrücken wegen des hohen Wasserdampfanteiles im Gas sinnvoll. Die Auskondensierung dieses Wasserdampfanteiles ist insbesondere dann angebracht, wenn im weiteren Verfahr ens gang eine stärkere Verdichtung des Gasstromes erfolgen muss und der Wasserdampf infolge seines Volumens und der Kondensatbildung in den nachgeschalteten Verdichtern und Kühlern etören würde. Gemäss der Erfindung besitzt der für die direkte Gaskühlung vorgesehene Kühler einen internen Kühlwasserkreislauf. Das heisst, dass aus dem direkten Gaskühler ablaufende Kühlwasser wird nach entsprechender Kühlung in einem indirekten Kühler wieder auf den Kopf des direkten Gaskühlers aufgegeben. Diese Kreislaufführung des Kühlwassers ist in diesem Falle wegen der weitgehenden Staubfreilieit der Gase ohne weiteres möglich.

Schlieeslich besteht noch die Möglichkeit, die heissen Gase zwischen dem

abacheider
Staub-/~und dem Nassreiniger einer Zwischenkühlung zu unterwerfen. Da

diese Gase jedoch noch einen gewissen Staubgehalt aufweisen, sollte hier

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der indirekten Gaskühlung der Vorzug gegeben werden. Sollte in dieser Verfahrens stufe tatsächlich mit direkter Gaskühlung gearbeitet werden, so sollte zweckmÄssigerweiee die dem Gasstrom zwecks Kühlung zugesetzte Wassermenge von vornherein so bemessen werden, dass dieses Wasser im Gasstrom vollständig verdampft und auf diese Weise die Bildung von überflüssigen staubhaltigem Abwasser vermieden wird. Die geschilderte Zwischenkühlung sollte nur bei Vorliegen besonderer Umstände zur Anwendung gelangen, zum Beispiel, wenn die Temperatur des aus dem als Staubabscheider dienenden Zyklon austretenden Gasstromes so hoch ist, dass ein bei dieser Gastemperatur arbeitender Desintegrator nicht beschafft werden kann.

Normalerweise werden beim erfindungsgemässen Verfahren bei der Kühlung des Gasstromes folgende Temperaturen erzielt :

Gastemperatur * C

a) am Austritt des Vergasers : 1 500

b) hinter dem Abhitzekessel : 300

c) hinter dem Staubabscheider : 295

d) hinter dem Nasereiniger : 100 (ohne Zwischenkühlung des Gases)

und

e) hinter dem direkten Gaskühler : 35

Nachfolgend soll das erfindungagemässe Verfahren in einem Verfahrens beispiel an Hand des in der Abbildung dargestellten Fliessschemas weiter erläutert werden :

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AO

Das Beispiel betrifft dabei die Reinigung und Kühlung eines Partialoxydationsgaees, welches durch Vergasung von Kohlenstaub in einem Koppers-Totzek-Vergaeer bei einem Druck von 0_s 03 atü gewonnen wurde. Dieses Gas enthält in diesem Falle ca. 100 g/Nm staubförmige Verunreinigungen. Es wird zunächst in einen im Fliessschema nicht dargestellten Abhitze ke β eel, der mit dem Koppers-Totzek-Ver gaser zu einer Baueinheit zusammengefasst ist, auf eine Temperatur von 300 ° C abgekühlt. Mit dieser Temperatur wird das Gas durch die Leitung 1 mit einer Eintritts geschwindigkeit von 20 m/sec und einem Druck von 0, 02 atü in den Zyklon 2 eingeleitet, dar in diesem Falle ala Standabecheider zur Anwendung gelangt. Der abgeschiedene Staub in einer Menga von 90 g/Nm Gas wird durch die Leitung 3 abgezogen. Das oben aus dem Zyklon 2 austretende Gas, welches nunmehr bereits zu 90 % entstaubt ist, wird durch die Leitung 4 in den Nassreiniger eingeleitet, der in diesem Falle als Desintegrator 6 ausgebildet ist. In der Leitung 4 ist durch eine unterbrochene Linie die Vorrichtung 5 angedeutet. Dadurch soll darauf hingewiesen werden, dass an dieser Stelle des Verfahrene ganges eine Zwischenkühlung des Gases in der weiter oben beschriebenen Art und Weise erfolgen kann. Im vorliegenden Verfahrenebeiepiel gelangt diese Zwischenkühlung jedoch nicht zur Anwendung. Im Desintegrator 6 wird das Gas mit einer solchen Waseermenge gewaschen, die für die Entfernung der restlichen Staubmenge aus dem Gas gerade ausreichend ist. Zu diesem Zwecke wird das Waschwaeser in euner Menge von 1, 1 l/Nm Gas durch die Leitung 7 auf den

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Desintegartor 6 aufgegeben. Dae aus dem Desintegrator 6 ablaufende Waschwasser enthält etwa 80 g Staub/l Wasser. Ea wird durch die Leitung 8 der im Fliessschema nicht dargestellten Abwasserbehand-Iuηgsanlage zugeführt.

Das weitgehend entstaubte Gas, das inzwischen auf eine Temperatur von 100 ° C abgekühlt worden ist, gelangt anschliessend über die Leitung in den Unterteil des direkten Gaskühlers, der hier als Rieselkühler ausgebildet ist. In diesem wird das aufsteigende Gas durch das herabrieselnde Wasser bis auf eine Temperatur von ca. 35 ° C abgekühlt. Das mit dieser Temperatur durch die Leitung 11 abgezogene Gas hat folgende Zusammensetzung :

CO 8,4Vol.-fe

Cj

CO 63,2 " "

II 26, 1 "

Ct

N 0,8 " "

Ct

Ar 0, 53 " "

CII 0, 1 " "

HS 0,78 " "

COS 0,09 " "

Ausserdem enthält das Gas noch maximal 10 mg Staub/Nm . Es kann nunmehr als sogenanntes Rohsynthese gas seiner weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

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Das vom Rieselkühler 10 ablaufende Kühlwasser fliesst über die Leitung 12 in den Ausgleichsbehälter 13. Aus diesem wird es vermittels der Pumpe 14 über die Leitung 15 in den indirekten Kreisl.iufwasserkühler gefördert. Dieser kann beispielsweise als indirekter mit Piühlwasser beaufschlagter Kühler oder als indirekter Luftkühler bzw. als Kombination, beider Kühlerarten ausgebildet sein. Nach entsprechender Abkühlung wird das Kühlwasser durch die Leitung 17 wieder auf den Oberteil des Il ie seikühler s 10 aufgegeben.

Von der Leitung 15 zweigt die Leitung 7 ab, durch die die Wassermenge abgezogen wird, die auf den Desintegrator 6 aufgegeben werden muss. Um die dadurch auftretenden Wasserverluste auszugleichen, wird bei Dedarf zusätzliches Wasser durch die Leitung 18 zugeführt und über den Ausgleichsbehälter 13 in den internen Kühlerwasserkreislauf des Rieselkühlere 10 eingeschleust.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen :

1.) Je nach Feinheit. Art und Menge der Stäube werden bis zu 95 ^r\₀ der im Partialoxydationsga« vorhandenen staubförmigen Verunreinigungen im Staubabscheider abgeichieden- Diese Stäube können ohne Schwierigkeiten aus dem Verfahren ausgeschleust und einer geeigneten Deponie oder sonstigen Verwertung zugeführt werden.

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2. ) Der Nassreiniger wird bei erfindungsgemässen Verfahren lediglich mit einer solchen Waseermenge beaufschlagt, die zur Entfernung der restlichen Staubmenge aus dem Gas erforderlich iet. Es wird in dieser Verfahrens stufe jedoch kein zusätzliches Wasser zur Gaskühlung eingesetzt. Daher beträgt hier der Wasserbedarf nur ca. 20 % der bisher üblichen Waschwassermenge.

3.) Auf Grund dieser kleinen Waschwassermenge und der Tatsache, dass darin nur etwa 10 % des im Gas vorhandenen Staubes suspendiert bzw. gelöst sind, ist nur eine relativ kleine Abwasser aufbereitungsanlage für die Aufbereitung des aus dem Nassreiniger ablaufenden Waschwassers erforderlich, deren Platzbedarf entsprechend gering ist.

4.) Diese verhältnismässig geringe Waschwassermenge enthält natürlich auch entsprechend weniger aus dem Gas gelöste toxische Bestandteile, wie z. TS. HCN, HS und COS, so dass sich dadurch die Abwasseraufbereitung ebenfalls weiter vereinfacht. Diese kann deshalb in einer verhältnismässig kleinen geschlossenen Anlage durchgeführt werden, wodurch das Risiko einer Umweltbelastung verringert wird.

5. ) Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren entfällt hier eine Rückkühlung des vom Nassreiniger ablaufenden Waachwassers, wofür

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bisher vielfach ein Kühlturm erforderlich war. Auch für den direkten Gaskühler ist die Kühlung dee im internen Kreislauf geführten Kühlwassers mit einem verhältnismässig geringen Aufwand durch indirekte Kühler mit niedrigem Platzbedarf möglich. Ein Kühlturm ist in dieser Verfahrens stufe ebenfalls nicht erforderlich.

6. ) Dadurch, dass das zu reinigende Gas nur mit einer verhältnismässig geringen Waschwassermenge in Kontakt kommt, ist der unerwünschte Eintrag von Sauerstoff in das Gas verhältnismässig gering. Dabei wirkt eich auch das Fehlen eines Kühlturmes äusseret günstig aus, da dieser zu einer starken Sauerstoffbeladung des Waschwassers führt.

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Claims

Patentansprüche :

-) Verfahren zur Reinigung und Kühlung von etaubförmige Verunreinigungen enthaltenden Partialoxydations gasen, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Gase zunächst unter solchen Bedingungen in einen Staubabscheider eingeleitet werden, dass in diesem 70 - 95 % der im Gas enthaltenen statrbförmigen Verunreinigungen abgeschieden werden, worauf die Gase in einem Nassreiniger mit einer solchen Wassermenge gewaschen werden, die für die Entfernung der restlichen Staubmenge gerade ausreichend ist.
2.) Verfahren nach Anspruch I_r dadurch gekennzeichnet, dass als Staubabscheider ein Zyklon verwendet wird, in den die Gase mit einer Eintrittsgeschwindigkeit zwischen 15 und 25 m/sec eingeleitet werden.
3. ) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Nassreiniger austretenden Gase in einem direkten Gaskühler, der mit einem internen Kühlwasserkreislauf versehen ist, weiter gekühlt werden.
4.) Verfahren nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase vor dem Eintritt in den Staubabscheider in einem hinter dem Vergaser angeordneten Abhitzekessel vorgekühlt werden.

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5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Staubabscheider und dem Nassreiniger zusätzlich eine indirekte oder direkte Kühlung der Gase vorgenommen wird.
&.} Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Kühlung der Gase zwischen dem Staubabscheider und dem Nassreiniger durch Wassereinspritzung erfolgt, wobei die zugegebene Wassermenge so bemessen wird, dass dieselbe im Gasstrom vollständig verdampft.
7. } Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Nassreiniger aufgegebene Wassermenge aus dem internen Kühlwasserkreislauf des direkten Gaskühlers abgezweigt wird.

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