DE2659753B2

DE2659753B2 - Verfahren zur weitgehenden Entschwefelung von bei der Schnellent- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub anfallendem Gas

Info

Publication number: DE2659753B2
Application number: DE2659753A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Dr.- Ing. 5270 Gummersbach Schuster
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1976-12-31
Filing date: 1976-12-31
Publication date: 1979-06-21
Also published as: FR2375896A1; JPS5729517B2; DE2659753C3; AU3189177A; DE2659753A1; ZA777457B; GB1593768A; AU513198B2; JPS5385807A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur weitgehenden Entschwefelung von bei der Schnellent- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub anfallendem Gas durch Trennung von bei der Schnellent- und/oder Schnellteilvergasung entstandenem Koksstaub und Gas und Einführung des Gases in mit Dolomit oder Kalkstein gefüllten Reaktionsräumen.

Zum Schutz der Umwelt sind eine Reihe von behördlichen Auflagen erlassen worden, zu denen u. a. auch die Begrenzung des Auswurfes an Schwefeldioxid (SO2) gehört. Betroffen sind davon insbesondere die Kohle-Kraftwerke, die der Stromversorgung dienen.

Es sind Verfahren bekannt — teils noch in der Entwicklung befindlich, teils in ersten Betriebsanlagen eingesetzt —, bei denen nach der Verbrennung der Kohle die entstandenen Rauchgase entschwefelt werden. Die Anlagen zu diesen Verfahren erfordern sehr hohe Investitionen, was zu einer Verteuerung der Stromerzeugung in der Größenordnung von mehr als 20% führt. Außerdem können bei diesen Verfahren weitere Umweltprobleme entstehen, wenn der meist anfallende Gips nicht von der einschlägigen Industrie zur Weiterverarbeitung aufgenommen werden kann.

Nach anderen Vorschlägen wird die Kohle vor der Verbrennung vollständig vergast, das entstandene Gas entschwefelt und danach im Dampferzeuger verbrannt. Bei der Kombination von Dampfturbinen- und Gasturbinenprozeß, die heute in jedem großen Kraftwerk angestrebt wird, wird dabei gleichzeitig der Brennstoff für die Gasturbine gewonnen. Der Nachteil ist aber, daß die Anlage nicht entkoppelbar ist, d. h. bei Ausfall z. B. der Gaserzeugungsanlage fällt das gesamte Kraftwerk aus, da die Dampferzeuger nur für die Verfeuerung von Gas, nicht aber von Kohlenstaub eingerichtet sind.

Weitere Vorschläge beruhen darauf, den Schwefel aus der Kohle vor der Verbrennung des Kohlenstaubes durch Schnellentgasung und Schnellteilvergasung so weit zu entziehen, daß das aus der Verbrennung des Schwefels im Koksstaub entstehende Schwefeldioxid unterhalb der Emissionsgrenze bleibt. Reicht die Entgasung als solche nicht aus, ist eine zusätzliche Teilvergasung des Koksstaubes vorgesehea toweit bis eine entsprechende Schwefelmenge in die Gasform überführt worden ist. Das erzeugte Entgasungsgas

-° und/oder Teilvergasungsgas wird gereinigt und dann in den Feuerungen dsr Gasturbine und des Dampferzeugers verbrannt. Dabei ist es auch möglich, durch weitere Teilvergasung noch zusätzlich Gas aus dem Kraftwerk nach außen zu anderen Verbrauchern abzugeben oder

²⁼¹ diese Gase zuvor entsprechend umzuwandeln.

Bei dem letztgenannten Verfahren ist es für den Entschwefelungsvorgang, der sich in wenigen Sekunden und bei hohen Temperaturen abspielt, notwendig, zumindest aber sehr zweckmäßig, den Wasserstoffge-

^J0 halt im Ent- und/oder Teilvergasungsgas, und — wenn eingesetzt — vom Heiz- bzw. Trägergas möglichst hoch zu halten, um die Entschwefelung des Kohlenstaubes bzw. Koksstaubes zu beschleunigen. Wird in den Reaktionsräumen zur Deckung des Wärmebedarfs für die Entgasung und/oder Teilvergasung Heizgas eingeführt, meist gleichzeitig als Träger für den Transport des Staubes durch den Reaktionsraum, so stellt sich nach Mischung mit dem Ent- und/oder Teilvergasungsgas meist ein Wasserstoffgehalt ein, der für die Entschwefelung des Staubes ausreicht. Das Gas wird nach Trennung vom erzeugten Koksstaub abgekühlt und in der nachgeschalteten Gasreinigungsanalge vom Schwefel und — wenn notwendig — auch von den übrigen Bestandteilen befreit. Ein Teil dieses gereinigten Gases wird dann gegebenenfalls wieder zum Reaktionsraum für den Entgasungs- und Teilvergasungsprozeß zurückgeführt, sei es als Heiz- oder Trägergas, sei es auch zur Anreicherung des dort benötigten Wasserstoffanteils. Der Nachteil dieser Verfahrensweise ist der, daß das aus dem Reaktionsraum kommende Gas wegen der in der Gasreinigung eingesetzten Verfahren erst abgekühlt werden muß. Abhängig vom Teergehalt in diesem Gas kann die Wärme unter Umständen nur bis zu einer Temperatur von ca. 300°C bis 400⁰C genutzt werden; die darüber hinaus noch enthaltene Wärme geht verloren. Der Teil des gereinigten Gases, der zum Reaktionsraum für die Entgasung und/oder Teilvergasung zurückgeführt wird, muß wieder auf möglichst hohe Temperaturen aufgewärmt werden, um Teilverbrennungsvorgänge, sei es bei der Entgasung und/oder der Teilvergasung, möglichst klein zu halten. Andererseits ist es aber nicht notwendig, daß das zum Reaktionsraum geführte Gas vom Teer etc. befreit ist, es genügt, daß der Schwefelwasserstoff dem Gas weitgehend entzogen worden ist.

Nach einem anderen, noch nicht bekanntem Vorschlag, wird der bei der Entgasung und/oder Teilvergasung anfallende Koksstaub einer weiteren Entschwefe-

lung durch Nachbehandlung mit Hilfe waserstoffhaltiger aber schwefelwasserstoffreier Gase unterzogen.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen Kalkstein (oder Dolomit) zusammen mit der Kohle in die Wirbelschicht eines Entgasungs- oder Vergasungs-Reaktionsraumes eingeführt wird, um in diesem Raum den entstehenden Schwefelwasserstoff aufzunehmen.

Es sind auch Vorschläge bekannt, bei denen diese Stoffe getrennt vom Kohlenstaub in den Reaküonsraum eingeführt werden. Gemeinsam haben sie aber den Nachteil, daß mit dem entstehenden Koks bzw. der noch kohlenstoffhaltigen Asche Kalkstein und Dolomit mit abgeführt werden. Handelt es sich dabei um Verfahren, die im Kraftwerk eingesetzt werden, wo also die noch kohlenstoffhaltige Asche oder der entstandene Koks im Dampferzeuger verbrannt werden soll, so werden in diesem Dampferzeuger auch Kalkstein bzw. Dolomit oder ein wesentlicher Anteil davon mit eingeführt Sie führen zu Verschmutzungen im Dampferzeuger, die die Betriebssicherheit dieses Anlagenteiles gefährden.

Man hat auch schon vorgeschlagen, innerhalb einer oder zweier, übereinander angeordneter Wirbelschichten die Korngröße des eingeführten Kalksteines oder Dolomits gegenüber der des Kohlenstaubes so groß zu machen, daß durch Sichtung der entstandene Koksstaub von dem Dolomit bzw. Kalkstein getrennt wird. Da bei allen Vorgängen, in denen sich Festkörper bewegen, Abrieb entsteht, meist in einer nicht oder hur sehr schlecht kontrollierbaren Weise, kommt auch bei diesen Vorschlägen noch so viel Zuschlagstoff zusammen mit dem Koksstaub in den Feuerraum eines Dampferzeugers, daß auch hier die Verschmutzungserscheinungen unliebsame Folgen haben können.

Die vorliegende Erfindung hai sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren aufzuzeigen, da. es ermöglicht, das bei der Schnellem- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub anfallende Gas bei hohen Temperaturen so weit zu entschwefeln, daß es ohne Abkühlung wieder zum Entgasungs- und/oder Teilvergasungsraum, daneben gegebenenfalls auch z. B. zu einem Nachbehandlungsraum zur weiteren Entschwefelung von Koksstaub zurückgeführt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur weitgehenden Entschwefelung von bei der Schnellent- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub anfallendem Gas durch Trennung von bei der Schnellem- und/oder Schnellteilvergasung entstandenem Koksstaub und Gas und Einführung des Gases in mit Dolomit oder Kalkstein gefüllten Reaktionsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß nach Trennung von Koksstaub und Gas der Teil der Gasmenge ohne vorherige Abkühlung in die mit Dolomit oder Kalkstein gefüllten, periodisch durchströmten Reaktionsräumen behandelt wird, der als Heiz- oder Trägergas im Reaktionsraum zurSchnellent- und/oder -teilvergasung und/oder zur weitgehenden Entschwefelung des Koksstaubes durch Nachbehandlung benötigt wird, während der Rest des heißen Gases aus der Schnellem- und/oder -teilvergasung nach Abkühlung der normalen Gasreinigung zugeführt wird.

Nach der Erfindung wird nur der Teil des Gases mit der Temperatur, mit der er aus der Entgasung und/oder Teilvergasung austritt, durch Dolomit, Kalkstein oder wirkungsgleichen Stoffen behandelt, der als Heiz- oder Trägergas bei der Ent- und Teilvergasung zur Nachbehandlung des vorentschwefelten Koksstaubes oder als Gas zur Wasserstoffanreicherung in Gasen benötigt wird. Der Rest geht unmittelbar nach Abkühlung zur Gasreinigungsanlage, aus der alle Nebenprodukte etc. aus dem Gas entfernt werden. Die zur Behandlung des Gases notwendigen Zuschlagstoffe werden dabei mit einer solchen Korngröße eingesetzt, daß die Behandlung in ruhender oder bewegter Schüttung, in einer Wirbelschicht oder während des pneumatischen Transports durch das zu behandelnde Gas selbst erfolgen kann. Nachgeschaltet ist, insbesondere bei den beiden letzten Verfahrensweisen, ein Abscheider zur Trennung von Gas und Dolomit etc.

Das Dolomit, Kalkstein oder wirkungsgleiche Stoffe regenerierbar sind, wird im weiteren Ausbau der Erfindung vorgeschlagen, die mit Zuschlagstoffen gefüllten Behandlungsräume zumindest doppelt auszuführen, um nach Sättigung der Zuschlagstoffe in einem Behandlungsraum das strömende Gas auf einen zweiten umschalten zu können, so daß im ersten Behandlungsraum die Regenerierung des gesättigten Zuschlagstoffes erfolgen kann.

Das zu behandelnde Gas sollte auf H₂S Vol.°/o-Gehalt von ca. 0,1% und weniger entschwefelt werden. Es ist nicht notwendig, andere im Gas enthaltene Stoffe zu entfernen.

Das in den Reaktionsräumen behandelte Gas läßt sich auch dort einsetzen, wo bei der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung erzeugter Koksstaub zur weiteren Entschwefelung noch nachbehandelt werden soll. Bei diesem Verfahren wird Koksstaub aus der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung zur weiteren Entschwefelung bei Temperaturen, die im aligemeinen zwischen 800⁰C und 950⁰C liegen, noch weiter nvt wasserstoffhaltigen Gasen über eine Zeit bis zu max. 2 Stunden behandelt. Als Behandlungsg's könnte auch hier das unmittelbar nach der Trennung von Gas und Koksstaub mit Dolomit, Kalkstein behandelte Gas eingesetzt werden, damit praktisch mit der Temperatur, mit der es aus dem Ent- und/oder Teilvergasungsvorgang austritt, in den Behandlungsraum zur Nachentschwefelung eingesetzt werden kann.

Die Vorteile der Erfindung sind:

Einsparung von Wärmeverlusten durch Rückführung mindestens eines Teiles des bei der Schnellem- und/oder -teilvergasung erzeugten, vom erzeugten Koksstaub getrennten und von H2S weitgehend befreiten Gases in den Entgasungs- und/oder Teilvergasungsraum mit annähernd gleicher Temperatur wie beim Austritt, Einsparung von Kosten für Kühl- und Aufheizapparaturen, mögliche Verwendung des vom Schwefelwasserstoff gereinigten Gases neben dem Verfahren zur Schnellentgasung und- teilvergasung auch z. B. bei den Verfahren zur Nachbehandlung von bei der Schnellentgasung und/oder -teilvergasung erzeugtem Koksstaub zur weitgehenden Entschwefelung oder zu sonstigen Anwendungsgebieten hoher Temperatur.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur weitgehenden Enschwefelung von bei der Schnellent- und/oder -teilvergasung von Kohlenstaub anfallendem Gas durch Trennung von bei der Schnellent- und/oder Schnellteilvergasung entstandenem Koksstaub und Gas und Einführung des Gases in mit Dolomit oder Kalkstein gefüllten Reaktionsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß nach Trennung von Koksstaub und Gas der Teil der Gasmenge ohne vorherige Abkühlung in die mit Dolomit oder Kalkstein gefüllten, periodisch durchströmten Reaktionsräumen behandelt wird, der als Heiz- oder Trägergas im Reaktionsraum zur Schnellent- und/oder -teilvergasung und/oder zur weitgehenden Entschwefelung des Koksstaubes durch Nachbehandlung benötigt wird, während der Rest des heißen Gases aus der Schnellent- und/oder -teilvergasung nach Abkühlung der normalen Gasreinigung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei mit Dolomit, Kalkstein gefüllte Reaktionsräume parallel geschaltet sind, wobei der eine Raum vom zu entschwefelnden Gas durchströmt und dabei die Schwefelverbindungen auf Dolomit oder Kalkstein übertragen werden, während im anderen Raum die zuvor aufgenommenen Schwefelverbindungen abgetrieben werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Dolomits oder Kalksteins so gewählt ist, daß im Reaktionsraum zur Entschwefelung des Gases die Behandlung in ruhender oder bewegter Schüttung, iii einer Wirbelschicht oder während des pneumatischen Transportes durch das zu behandelnde Gas durchgeführt wird, und nach der Behandlung des Gases in einem Abscheider einer Trennung vom behandeltem Gas und gegebenenfalls von vom Gas mittransportiertem Dolomit etc. erfolgt.