DE2843976A1

DE2843976A1 - Verfahren und anlage zur autothermen druckvergasung, insbesondere fuer die verstromung von fossilen brennstoffen, z.b. von steinkohle

Info

Publication number: DE2843976A1
Application number: DE19782843976
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Toelle; Fritz Zimmermann
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1980-04-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur autothermen
Druckvergasung, insbesondere für die Verstromung von fossilen Brennstoffen, z.B. von Steinkohle, bei dem in einem Festbettreaktor der stückige Brenstoff mit einem Vergasungsmittel, welches mindestens Wasserdampf und Luft umfaßt, im Gegenstrom geführt und das Vergasungsgas entteert wird, bevor das Vergasungsgas weitergeleitet, insbesondere zur Stromerzeugung einem Kombiblock zugeführt wird.
Es ist bekannt (Peters, Kohlevergasung,Verlag Glückauf Band 4, Essen 1976, 64,76) in geeigneter Weise aufbereitete Rohsteinkohle durch eine Schleuse in den beispielsweise unter einem Druck von 20 bar stehenden Reaktorraum einzuschleusen-und mit einem Sauerstoff-Dampf-Gemisch zu vergasen, das durch ein Festbett eingeblasen wird. Das Vergasungs-oder Rohrgas wird in einem Waschkühler mit Wasser z.B. auf 180 bis 2000 C gequencht, wobei mitgerissener Kohlenstaub und Teer ausgewaschen werden.
Es ist auch bekannt, dieses Vergasungsverfahren von Kohle mit Luft als Vergasungsmittel zu führen und mit einem Gas-Dampf-Turbinenprozeß zu kombinieren (Bund u.a. "Kombiniertes Gas/ Dampf-Turbinenkraftwerk mit Steinkohle - Druckvergasungsanlage im Kraftwerk Kellermann in Lünen", Brennstoff-Wärme-Kraft 6/1971 258,262). Hierbei wird das Vergasungsgas als Rohgas durch einen Waschkühler geführt, in dem es entstaubt und entteert wird. Es wird dann in einer Entspannungturbine auf einen niedrigeren Druck gebracht, mit dem es in der Kammer eines druckgefeuerten Dampferzeugers verbrannt wird. Die Verbrennungsgase treiben die Hauptgasturbine an. Ein von dieser angetriebener Luftverdichter erzeugt die als Vergasungsmittel dienende und die in der Brennkammer benötigte Druckluft. - Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Kombiblöcke dieses Aufbaus.
In einem solchen Prozeß wirkt sich der aus Wasserdampf bestehende VergasungsanteilQirkungsgrad-vermindernd aus. Dmn nach der Verbrennung im Kessel liegt der gesamte eingesetzte Dampf, auch der im Gaserzeuger gespalten Anteil des Wasserdampfes wieder als Wasserdampf vor und wird dampfförmig am Kamin abgegeben. Die Verdampfungswärme tritt hierbei als Verlust auf.
Bei der autothermen Druckvergasung kann man als Vergasungsmittel auch Sauerstoff und Kohlendioxyd einsetzen. Solche Anlagen dienen jedoch hauptsächlich zur Stadtgaserzeugung und sind für die Verstromung ungeeignet. Das beruht u.a. häufig darauf, daß das Kohlendioxyd nur mit Stickstoff zusammen (in Form von Rauchgas) vorliegt und reiner Sauerstoff nicht in genügender enge zur Verfügung steht, der dann als Vergasungsmittel zugeführt werden muß.
Ein weiteres Problem entsteht aus den Anforderungen an die Reinhaltung der Luft und dem Schwefelanteil im Rohgas. Zwar sind insbesondere Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Gasen in großer Zahl bekannt. Diese Verfahren lassen sich jedoch nicht ohne weiteres in Verstromungsprozesse einführen, bei denen der eingesetzte stückige Brennstoff wie eingangs beschrieben vergast wird. Denn in diesem Verfahren kommt es entscheidend auf den Gesamtwirkungsgrad an.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine ausreichende Entschwefelung der Gase mit einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades durch Verwendung wenigstens eines Teils des im Gas enthaltenen Kohlendioxyds im Reaktor erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird deshalb das Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, so geführt, daß das Vergasungsgas vor seiner Zuführung zum Kombiblock mit einer Pottaschelösung gewaschen und in der Wäsche Sauergas (CO2 + H2S + H 20) gewonnen wird, das entschwefelt wird, worauf aus dem Kopfprodukt (C02 und H20) mindestens das Kohlendioxyd auf den Vergasungsdruck komprimiert und als Vergasungsmittel in den Festbettreaktor zurückgeführt wird.
Bei diesem Verfahren wird als Vergasungsmittel neben Was 5erdampf und Luft auch Kohlendioxyd verwendet und zugeführt, das sonst als Abfallprodukt in die Atmosphäre abgegeben werden müßte.
Durch den Einsatz des Kohlendioxydes wird Vergasungsdampf verdrängt, so daß sich die eingangs beschriebenen Verdampfungsverluste für die verdrängte Dampfmenge vermindern. Das erfndingsgemäße Verfahren ermöglicht darüberhinaus eine weitgehende Freiheit in der Führung des Entschwefelungsprozesses, weil vom Standpunkt des Gesamtwirkungsgrades nicht die Forderung gestellt zu werden braucht, Schwefelwasserstoff möglichst selektiv auszuwaschen, d.h. zur Vermeidung von wirkungsgrad-vermindernden Massenverlusten möglichst viel Schwefelwasserstoff bei möglichst wenig Kohlenioxydwaschung zu gewährleisten. Denn die Kohlendioxydauswaschung kann beliebig weit gehen.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage ist in den Figuren wiedergegeben; es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild, Fig. 2 ein Schaltbild, aus dem sich die Entfernung von Schwefel und Kohlendioxyd ergibt, Fig. 3 ein Schaltbild zur Verdeutlichung der Aufbereitung des Sauergases und Fig. 4 ein Schema eines Kombiblocks.
Gemäß Fig. 1 wird in einem Festbettreaktor 1 aufbereitete Steinkohle 2 im Gegenstrom mit Wasserdampf aus einer Zuleitung 4 und Luft über eine Zuleitung 5 im Gegenstrom vergast. Die anfallende Asche wird über den Austrag 3 aus dem Reaktor abgeführt.
Das Roh- oder Vergasungsgas wird bei 6 von Staub und Teer befreit, wobei auch eine Abhitzeverwertung durchgeführt werden kann. Das Gas gelangt dann in eine Heiß-Pottaschewäsche 7, in der das Gas entschwefelt und zu etwa 50% von seinem Kohlendiox ydanteil befreit wird. Das so vorbereitete Gas gelangt in eine Entspannungsturbine 8 und wird aus dieser einem Kombiblock zur weiteren Stromerzeugung zugeführt.
Das aus der Pottaschelösung abgetriebene Sauergas wird in einer Aufbereitung 10 behandelt, aus der das ausgewaschene Kohlendioxyd austritt, das bei 12 auf einen Vordruck gebracht wird, der den Zusatz des Kohlendioxyds zu der aus dem Kombiblock bei 9 abgezweigter Druckluft gestattet, die aemaß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Druck von 11,7 bar hat. Die vereinigten Gasströme werden mit Hilfe eines Verdichters13 auf einen Druck von z.B. 26 bar gebracht und zusammen dem Gaserzeuger wieder zugeführt.
Gemäß Fig. 2 wird das Rohgas mit einer Temperatur von 1070C einer Vorwaschkolonne 20 zugeführt. Die Salzfracht wird bei 22 abgezogen, während das Rohgas die Vorwaschkolonne 20 bei 21 mit einer Temperatur von ca. 1100C verläßt. Das Rohgas gelangt dann über einen Tropfenabscheider 23 bei 24 in einen Absorber 25, in dem es weitgehend von Schwefelwasserstoff und Kohlenoxyd befreit wird. Das so verarbeitete Gas tritt bei 26 aus und gelangt über emen Tropfenabscheider 27 zu dem nicht dargestellten Kombiblock, der aus der Leitung 28 beaufschlagt wird.
In der Vorwaschkolonne 20 werden dem Gas Spurenbestandteile entzogen, die die Pottaschelösung blockieren könnten, welche übt die Leitung 29 zugeführt wird. Dazu gehören z.B. Verbindungen wie HCN. Außerdem wird das Gas von 1070C gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf 1100C erhitzt.
Diese Erhitzung hat den Zweck, daß der Taupunkt im nachgeschalteten Absorber 25 trotz des dort auftretenden Gasmassenverlustes nicht unterschritten wird. Dem Absorber 25 wird das mit der regenerierten Pottaschelösung aus der Leitung 29 beaufschlagt, die die sauren Bestandteile des Gases (H2S) und etwa 50% des im Gas enthaltenen Kohlendioxyds anlagert.
Die bei 30 austretende Lauge, die mit CO2 und H2S beladen ist, wird über einen Laugenkühler 31 bei 33 einem Regenerator 34 zugeführt. In diesem Regenerator wird die Lauge aufgekocht, wobei das CO2 und H2S abgetrieben werden. Dadurch ist in der Leitung 29 die regenerierte Pottaschelösung, während das als Kopfprodukt anfallende Sauergas über einen Brüdenkondensator 35 abgeführt und, wie in Fig. 3 gezeigt, weiterverarbeitet wird. Zum Aufkochen der Lauge im Regenerator wird Wärme benötigt. Diese wird zum Teil aus der fühlbaren Wärme des Vergasungsgases gedeckt, die vor der Pottaschewäsche aus dem Vergasungsgas und zum Teil aus dem Kombiblock entnommen wird.
Gemäß der Darstellung nach Fig. 3 wird das Sauergas bei 40 in einen Schwefelwasserstoffabsorber 41 eingeleitet. Dort tritt es im Gegenstrom mit im Kreislauf gefahrener Waschflüssigkeit zusammen. Als Kopfprodukt fällt bei 42 Kohlendioxyd und Wasser an. Das Kopfprodukt kann dem in Fig. 1 dargestellten Verdichter 12 zugeführt werden. Die beladene Waschflüssigkeit wird bei 43 abgezogen und gelangt über einen Pufferbehälter 44, in dem sie kurze Zeit verweilt, in einen Oxidzier 45.
Mit Hilfe eines Kompressors wird die beladene Waschflüssigkeit mit Luft gleichmäßig beaufschlagt, dadurch wird der ~Schwefel abgetrennt und an die Oberfläche geschwemmt.
Der Überlauf 46 wird mit Wasseranteilen vermischt und in einen Schlammbehälter 47 gegeben, aus dem er in eine Filtrieranlage 48 gepumpt werden kann. In dieser erfolgt durch mechanische Trennung die Rückführung des im Schwefel enthaltenen Restwassers in den Sammelbehälter 49, wo es zusammen mit dem Rücklaufwasser des Oxidizers erneut in den H2S-Absorber 41 zurückgepumpt wird. Der deponie- und verkaufsfähige Schwefel wird einem beheizten Schwefeltank zu-geführt.
Nach Fig. 4 wird das von einem nicht dargestellten Waschkühler kommende Synthesegas einer Entspannungsturbine zugeführt. Dort wird das Heizgas auf einen Druck von etwa 10 atü entspannt und so der Brennkammer 112 des druckgefeuerten Dampferzeugers zugeführt. Das Verbrennungsgas 113 des Dampferzeugers tritt mit einer Temperatur von 8200C in die Hauptgasturbine 114 ein. Die Abgase werden zur Speisewasservorwärmung in dem Speisewasservorwärmer 115 benutzt und auf 168"C abgekühlt. Die Hauptgasturbine 114 treibt gleichzeitig den Luftverdichter 116 direkt an.
Die verdichtete Luft teilt sich auf in die reine Verbrennungsluft 117 für die Brennkammer 112 sowie in die Vergasungsluft 118 für den Vergaser 119. Die Vergasungsluft wird in dem von der Entspannungsturbine 110 angetriebenen Vergasungsluftverdichter 120 von dem Druck des Gasturbinenprozesses von etwa 10 atü auf den Druck des Vergasungsprozesses von 20 atü verdichtet.
In dem druckgefeuerten Dampferzeuger 112 wird Frischdampf 123 von 130 ata und 5250C erzeugt, der einen Dampfturbosatz 122 antreibt. Der Vergasungsdampf 121 wird einer Entnahmestufe der Turbine 122 entnommen.

Claims

"Verfahren und Anlage zur autothermen Druckvergasung, insbesondere für die Verstromung von fossilen Brennstoffen, z.B. von Steinkohle" Patentansprüche 1. Verfahren zur autothermen Druckvergasung, insbesondere für die Verstromung von fossilen Brennstoffen, z.B. von Steinkohle, bei dem in einem Festbettreaktor der stückige Brennstoff mit einem Vergasungsmittel, welches mindestens Wasserdampf und Luft umfaßt, im Gegenstrom geführt und das Vergasungsgas entteert wird, bevor es weitergeleitet, insbesondere zur Stromerzeugung einem Kombiblock zugeführt wird , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Vergasungsgas vor seiner Zuführung zum Kombiblock mit einer Pottaschelösung gewaschen und in der Wäsche (7) Sauergas (CO2 + H2S + H2O) gewonnen wird, das entschwefelt wird, worauf aus dem Kopfprodukt (C02 und H20) mindestens das Kohlendioxyd auf den Vergasungsdruck komprimiert und als Vergasungsmittel in den Festbettreaktor (1) zurückgeführt 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 das zurückzuführende Kohlendioxyd verdichtet und in einem von dem Gas-Dampf-Turbinenkombiblock abgezweigten Strom komprimierter Luft beigemischt, sowie mit diesen zusammen dem Festbettreaktor (1) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zurückzuführende Kohlendioxyd zusammen mit dem aus dem Gas-Dampf-Turbinenkombiblock abgezweigten Luftstrom auf den Vergasungsdruck komprimiert wird.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens 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 , daß zur Entschwefelung des Rohgases eine mit Sodalösung beaufschlagte Vorwaschkolonne (20) und ein mit heißer Pottaschelösung beaufschlagter Absorber (25) dienen, und daß für das Kopfprodukt eines die Waschflüssigkeit des Absorbers (25) aufnehmenden Regenerators (34) ein H2S-Absorber (41) mit einer Weiterführung (11, 14) und Verdichtung (12, 13) des Kopfproduktes bis zum Reaktor (1) vorgesehen ist.