DE2701166A1

DE2701166A1 - Verfahren und anlage fuer die druckvergasung von festen brennstoffen, insbesondere fuer die kohledruckvergasung im festbettreaktor zur gewinnung eines der erzeugung von elektrischer energie dienenden reingases

Info

Publication number: DE2701166A1
Application number: DE19772701166
Authority: DE
Inventors: Boris Dipl Ing Dankow; Klaus Dipl Phys Dr Heyn; Hans-Joachim Pgrzeba; Wolfgang Ing Grad Ratzeburg
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1977-01-13
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE2701166C2; CA1112870A

Description

"Verfahren und Anlage für die Druckvergasung von festen
Brennstoffen, insbesondere für die Kohledruckvergasung im Festbettreaktor zur Gewinnung eines der Erzeugung von elektrischer Energie dienenden Reingases" Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Druckvergasung von festen Brennstoffen, insbesondere für die Kohledruckvergasung im Festbettreaktor zur Gewinnung eines der Erzeugung von elektrischer Energie dienenden Reingases aus dem den Reaktor verlassenden Rohgas, bei dem das Rohgas durch Abkühlung von mitgeführtem Teer und Staub wenigstens zum Teil befreit und danach feingereinigt und entschwefelt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Abkühlung des Rohgases führt zur Abscheidung eines wasserfreien Teer-Staubgemisches, das seinerseits aufbereitet wird; bei dem vorzugsweisen Anwendungsgebiet der Erfindung ist es für die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses von erheblicher Bedeutung, daß eine maximale Verwertung der fühlbaren Wärme des Rohgases erreicht wird; außerdem kommt es aber auf eine gute Reinigung an, weil die Entfernung von Teer, Staub und Schwefelwasserstoff und anderen Schadstoffen aus dem Rohgas einen wesentlichen Schritt zur umheltfreundlichen Stranerzeugung darstellt.
Das eingangs bezeichnete Verfahren ist als autotherme Druckvergasung im Gegenstrom von stückiger Kohle mit Wasserdampf und Sauerstoff bzw. Luft im Festbettreaktor bekannt (W. Peters, Kohledruckvergasung, Verlag Glückauf, Essen, 1976, 64,76). Die Vergasung erfolgt hierbei unter Druck mit Drücken von ca. 20 bar. Das den Reaktor verlassende Rohgas wird in einem Waschkühler mit Wasser auf ca. 160° C bis 2000 C gequencht, wobei mitserissener Staub und Teer ausgewaschen werden kann. Der Quenchwäsche und der Feinwäsche wird eine Entschwefelung nachgeschaltet.
Die Stromerzeugunq findet in einem sogenannten Kombi-Block statt. Dazu ist der Gasreinigunasanlage eine Entspannungsturbine nachaeschaltet, die das Gas auf den Eintrittsdruck für die Gasturbine bringt. Die Stromerzeugung erfolgt aber im wesentlichen über die Dampferzeugung und Damofturbine, sowie über die Gasturbine. Der Dampf wird im Kessel bzw. Abhitzekessel erzeugt. Im Kessel wird das Gas unter Druck verbrannt, hinter dem Kessel wird das Druckgas einer Gasturbine zugeführt und gelangt von hier aus in den Abhitzekessel. Es wird dann über den Kamin in die Atmosphäre abgegeben.
Obwohl es bei dem bekannten Verfahren gelungen ist, ein an Staub-, Fluor- und Schwefelgehalt erheblich reduziertes Rauchgas zu erhalten, ergeben sich in der Reinigungsstufe nach wie vor Schwierigkeiten.
Wenn man in der Gasreinigungsanlage dem Waschkilhler das Rohqas unter Druck zuführt, findet beim Waschvorgang eine Aufsattigung des Gases mit Wasser statt.
Das führt zu erheblichen Verdampfungsverlusten durch die hierbei verbrauchte Verdampfungswärme. AuBerdem führt die Aufsättigunq des Gases zum Verbrauch erheblicher Wassermengen. Das bedingt erhebliche Aufwände, weil nur voll aufbereitetes Wasser als Zusatzwasser für das verdampfte und aus dem Proze3 geführte Wasser verwendbar ist.
Das bei der oben beschriebenen Gasreinigung anfallende Wasser-, Teer- und Staubgemisch muß seinerseits aufbereitet werden. Hierauf sind Schwierigkeiten für die Gasreiniguna zurückzuführen. Denn das abgeschiedene Gemisch muß vom Wasser abgetrennt werden und wird dann dem Gaserzeuger wieder zugeführt. Für das Abscheiden werden sehr große Absetzbehälter und eine Vielzahl von Verfahrensstufen benötigt, die einen kontinuierlichen Betrieb erheblich erschweren und hohe Investitionskosten erforderlich machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Verdampfungsverluste zu vermeiden und ein wasserfreies und damit ein leicht aufzubereitendes Teer-Staubgemisch zu erhalten, ohne daß bei der Feinstreinigung auf den Gebrauch von Wasser verzichtet werden muß.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufaabe dadurch gelöst, daß die Abkühlung des Rohgases auf ca. 2000 C durch einen mittelbaren Gas-Gas-Wärmeaustausch erfolgt und das dadurch teilentteerte und teilentstaubte Gas weiter gereinigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß infolge der mittelbaren Kühlung des Rohgases in dieser Gasreinigungsstufe kein Wasser zugesetzt zu werden braucht. Der Fortfall des Quenchens hat außerdem den Vorteil, daß die Aufbereitung des nunmehr anfallenden Wasserfreien Teer-Staub-Gemisches wesentlich einfacher ist.
Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird für den mittelbaren Gas-Gas-Wärmeaustausch das die Feinreinigung verlassende Reingas verwendet. Das bedeutet, daß die bei der Abkühlung dem Rohgas entzogenen Wärmemengen dem Reingas zum größten Teil wieder zur Verfügung gestellt werden. Dadurch wird eine wesentliche Verbesserung der Wärmebilanz erreicht.
Der Gas-Gas-Wärmeaustausch wird gemäß einer anderen Ausftlhrungsform der Erfindung stufenweise vorgenommen, wobei die in den Stufen abgeschiedenen Teerfraktionen getrennt abgeführt werden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, die schweren Teerfraktionen wieder dem Reaktor zuzuführen, wo sie gekrackt werden und in das Rohgas gelangen. Die leichteren Teerfraktionen können nach einer Staubabscheidung in den heißen Reingasstrom wieder eingedüst und verdampft werden. Der wesentliche Vorteil der stufenweisen Abkühlung liegt jedoch darin, daß die einzelnen Teerfraktionen in den Temperaturbereichen abgezogen werden können, in denen sie noch dann flüssig sind und noch keine Anbackungen bilden.
Im Anschluß an den beschriebenen Gas-Gas-Wärmeaustausch wird vorzugsweise das Gas bis unmittelbar oberhalb des Wassertaupunktes durch mittelbaren Wärmeaustausch abgekühlt, um die für die Abkühlung des Rohgases notwendig ~ emperaturdifferenz zu schaffen, dabei wird das Rohgas weiter entteert und entstaubt. Dieser zweite mittelbare Kühler für das Rohgas hat im Rahmen des Gesamtprozesses außerdem die Funktion eines Regelorgans, das es ermöglicht, die Rohgastemperatur kanpp über dem Wassertaupunkt zuhalten. Er wirkt damit als Trimmkühler. Im allgemeinerJgenügt es, das Gas durch diesen weiteren mittelbaren Wärmeaustausch auf ca. 1100 C bis 130° C abzukühlen.
Für diese Trimmkühlung verwendet man vorzugsweise als Kühlmedium Wasser, das wenigstens zum Teil im Anschluß an die Feinreinigung zur Gasaufheizung und/oder Gasabkühlung verwendet wird. Denn diese Gasaufheizung und/oder Gasabkühlung ist in den nachfolgenden Aufbereitungsstufen notwendig.
Aus dem Trimmkühler gelangt das Gas nämlich vorzugsweise in eine nachgeschaltete Feinreinigung, welche aus dem Gas die Reste an Staub und auskondensiertem Teer sowie u.U. anderer Schadstoffe entfernt. Das kann auf nassem und auf trockenem Wege erfolgen.
Das derart von Teer, Staub und u.U. anderen Schadstoffen befreite Gas wird anschließend weiter aufbereitet, z.B. entschwefelt. Zur Entschwefelung eignen sich alle bekannten Verfahren. Von besonderem Vorteil ist jedoch die an sich bekannte trockene Entschwefelung, z.B. im Fest-, Fluid- oder Wirbelbett, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Entschwefeler mit Hilfe des wieder aufgeheizten Reingases regeneriert wird.
Das aus der Entschwefelung kommeib Reingas wird im Gas-Gas-Wärntetauscher mit dem Rohgas aufgewärmt. Ein Teil des ganz oder zum Teil aufgeheizten Ringases wird in den zu regenerierenden Entschwefelungsreaktor geführt und nimmt dort Schwefel oder Schwefelverbindungen auf, die in dem nachgeschalteten Kühler auskondensiert werden. Das abgekühlte Reingas wird dem Kombiblock zugeführt.
Bei Anwendung einer nassen Feinreinigung ergibt sich durch den mittelbaren Gas-Gas-Wärmeaustausch in der Trockenentschwefelung ein wesentlicher Vorteil. Denn mit der Eigenwärme aus dem Rohgas läßt sich das in die Entschwefelungsanlage eintretende Gas wieder so weit aufheizen, daß mit Sicherheit die nach der Naßwäsche noch vorhandenen Aerosole oder Sprüh in dem Reaktor nicht zu Verklebungen oder Verkrustungen führen können, sondern im Gas zum mindestens zum Teil verdampft werden.
Im folgenden wird eine Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens näher erläutert: Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine darartige Anlage schematisch und in Fig. 2 einen Gas-G&s-Wärmeaustauscher in einer vorzugsweisen Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren.
Das den Generator verlassende Rohgas wird - gegebenenfalls über eine Grobabscheidung z.B. Heißgaszyklon - bei 1 einem Gas-Gas-Wärmeaustauscher 2 zugeführt. Im Wäreaustauscher 2 wird die Temperatur des Rohgases auf ca. 200° C herabgesetzt. Hierdurch kommt es zur Auskondensation von Teer, der mit dem Staub zusammen abgeschieden wird. Das Teer-Staubgemisch wird bei 3 aus dem Wärmeaustauscher abezogen. Das derart vorgereinigte Rohgas gelangt über eine Leitung 4 in einen weiteren Wärmeaustauscher 5, in dem das Rohgas auf ca. 110 bis 1300 C abgekühlt wird. Hierbei wird der Wassertaupunkt nicht unterschritten. Es kommt jedoch zur Abscheidung von weiterem Teer und Staub. Das Gemisch verläßt bei 6 den Wärmeaustauscher 5. Das weiter entteerte und entstaubte Rohgas gelangt über eine Leitung 7 in eine bei 8 dargestellte Feinreinigung, welche aus dem Rohgas die restlichen Staubbestandteile entfernt und die Teerbestandteile auskondensiert. Das hierbei aus dem Rohgas gewonnene Teer-Staubgemisch verläßt die Feinreinigung 8 bei 9.
Das aus der Feinreinigung 8 kommende Gas wird bei 10 einem Wärmeaustauscher 11 zugeführt, der es auf die Temperatur bringt, welche für die nachfolgende Entschewefelung zulässig ist. Die trockene Entschwefclung 12 und 13 erfolgt mit festen Adsorbentien z.B. Molekularsieben. Die beiden Reaktoren 12 - 13 können umgeschaltet werden, so daß eine Desorption des bei der Entschwefelung des Rohgases an das Adsorbens gebundenen Schwefels möglich ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Adsoption im Reaktor 12, so daß das Rohgas über die Leitung 14 dem Reaktor 12 aufgegeben wird und diese bei 16 wieder verläßt. Das derart entteerte, entstaubte und entschwefelte Reingas wird in dem Gas-Gas-Wärmeaustauscher 2 mit der im Rohgas entzogenen Wärme beladen und gelangt über die Leitung 17 in den beschriebenen Kombiblock. Über eine Zweigleitunq 18 kann aufaeheiztes Reingas über 20 dem Reaktor 13 zur Desorption zugeführt werden. Folglich strömt aufgeheiztes Reingas über 18 und 20 in den Reaktor 13 und verläßt diesen über 21. Das Desorptionsgas gelangt in einen Gaskühler 22, in dem der Schwefel abgetrieben wird. Der Schwefel wird bei 23 in elementarer Form abgeführt. Das abgetriebene Desorptionsgas strömt über die Leitung 24 seinerseits zum Kombiblock.
enn der Reaktor 13 desorbiert und der Reaktor 12 beladen ist, wird umgeschaltet, so daß der Reaktor 12 desorbiert und der Reaktor 13 entschwefelt.
Für den Betrieb der verschiedenen, den Gas-Gas-Wärmeaustauscher 2 nachgeschalteten Wärmeaustauscher dient nasser. Das Wasser wird bei 27 zugeführt und dient zunächst zur Gaskühlumg im Trimmkühler 5. Ein Teil des aufgeheizten Wassers gelangt über eine Leitung 28 zum Kombiblock. Über eine Zweigleitung 29 strömt ein anderer Teil des aufgeheizten Wassers zur Erhitzung des Gases in den Wärmeaustauscher 11. Das den Wärmeaustauscher 11 Ueber die Leitung 30 verlassende Wasser dient zur Kühlung des aufgeladenen Desorptionsgases im Kühler 22 und lädt sich hierbei mit Wärme auf. Deswegen wird das aufgeheizte Wasser über die Leitung 31 der Leitung 28 aufgegeben, die zum Kombiblock führt.
Der Gas-Gas-Wärmeaustauscher ist genauer in Fig. 2 wiedergegeben. Gemäß dem dort wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind mehrere Wärmeaustauscher 40, 41, 42 kaskadenartig hintereinandergeschaltet. Jeder Wärmeaustauscher ist unter einem Winkel von ca. 150 geneigt angeordnet. Das erfolgt zu dem Zweck, das infolge der Temperaturerniedrigung abgeschiedene Teer-Staub-Gemisch unter Ausnutzuna der Schwerkraft abfließen zu lassen.
Die Wärmeaustauscher 40-42 sind identisch ausgebildet, so daß es genügt, nachfolgend einen dieser Wärmeaustauscher näher zu erläutern.
Der Wärmeaustauscher ist an die Leitung 51 mit einer Eintrittskammer 53 angeschlossen. Durch die Leitung 51 strömt das vom Reaktor kommende Rohgas. Das gekühlte Rohgas gelangt in eine Austrittskammer 54. Zwischen Eintrittskammer 53 und Austrittskamner 54 liegt ein Rohrbündel 55, das vorzugsweise als Doppelrohrbündel ausgeführt ist. Im Innenrohr strömt das Rohgas, während im Außenrohr das Reingas fließt, das dem Wärmeaustauscher bei 61 zugeführt und bei 64 aus dem Wärmeaustauscher abgeführt wird. Der Wärmeaustausch findet somit zwischen dem Rein- und dem Rohgas statt. Hierbei kondensiert im Rohgas Teer aus und es entsteht ein Teer-Staub-Gemisch. Dieses Gemisch wird über einen Sammelbehälter 56 ausgeschleust, der unterhalb der Austrittskammer 54 angeordnet ist.
Die Anordnung der kaskadenartig hir,tereinandergeschalteten Wärmeaustauscher 40-42 ermöglicht es, das Teer-Staub-Gemisch fraktionsweise aus den Schleusen 56 der Wärmeaustauscher 40-42 abzuziehen. Außerdem haben diese Wärmeaustauscher den Vorteil, daß die Auswechslung der einzelnen Bündelelemente sehr einfach ist. Ds ist von wesentlicher Bedeutung, weil dadurch ein Auswechseln in kurzer Zeit möglich ist.
Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentanspruche 1. Verfahren für die Druckvergasung von festen Brennstoffen, insbesondere für die Kohledruckvergasung im Festbettreaktor zur Gewinnung eines der Erzeugung von elektrischer Energie dienenden Reingases aus dem den Reaktor verlassenden Rohgas, bei dem das Rohgas unter Abkühlung von mitgeführtem Teer und Staub wenigstens zum Teil befreitung danach feingereinigt wird , d a d u r c h g e k e n n -z e ic h n e t , daß die Abkühlung des Rohgases auf ca. 2000 C durch einen mittelbaren Gas-Gas-Wärmeaustausch erfolgt und das dadurch wenigstens teilentteerte und teilentstaubte Gas weiter gereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für den mittelbaren Gas-Gas-Wärmeaustausch das die Weiterbehandlung verlassende Reingas verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 soda: 2 , d a -d u r c h ge k e n n z e i chnet , daß der Gas-Gas-Wärmeaustausch stufenweise vorgenommen und die in den Rohgasstufen abgeschiedenen Teerfraktionen getrennt abgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB im Anschluß an den Gas-Gas-Wärmeaustausch das Gas bis unmittelbar oberhalb des Wassertaupunktes durch mittelbaren Wärmeaustausch abgekühlt und dadurch weiter entteert und entstaubt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den weiteren, mittelbaren Wärmeaustausch das Gas auf ca. 110 bis 1300 C abgekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß als Wärmeträger in der nachgeschalteten mittelbaren Wärmeaustauschstufe Wasser verwendet wird, das wenigstens zum Teil im Anschluß an die Entteerung und Entstaubung zur Gasaufheizung und/oder Gasabkühlung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h' eine den Wärmeaustauschstufen nachgeschaltete Feinreinigung des Gases zur Entfernung von Teer und Staub und u.U.

anderer Schadstoffe.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine trockene Entschwefelung mit IIilfe von mit wieder aufgeheiztem Reingas regenerierten festen Adsorbentien, wobei das der Desorption zuyeführte Gas mit Wärme beladen wird, die dem der Adsorption zugeführten Gas vorher entzogen worden ist.
9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Gas-Gas-Wärmeaustauscher (2) mit einem Doppelrohrbündel (59) zwischen einer Gaseintritts- und einer Gasaustrittskammer (53, 54), wobei im Innenraum der Innenrohre das Rohgas und im Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr Reingas strömt und mit einer Abzugsschleuse (56) für Teer und Staub aus der Austrittskammer (54).
10. Anlagenach Anspruch 9 , g e k e n n z e i c h n e t d u r ch die kaskadenartige Hintereinanderschaltung mehrerer Gas-Gas-Wärmeaustauscher (40-42).
11. Anlage nach einem der Ansprüche 9 oder 10 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB die Gas-Gas-Wärmeaustauscher (40-42) unter einem Winkel von ca. 15° geneigt sind, wobei das Rohgas abwärts strömt.