DE2853989B1 - Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kuehlung des Rohgases der Druckvergasung - Google Patents
Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kuehlung des Rohgases der DruckvergasungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kühlung
des Rohgases der Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid
enthaltenden Vergasungsmitteln unter einem Druck von 5 bis 150 bar, wobei das Rohgas in mindestens
einer Kühlstufe gekühlt wird.
Ein Verfahren dieser Art ist bereits in der deutschen Offenlegungsschrift 2543532 und dem dazu
korrespondierenden US-Pafent 4065273 beschrieben. Bekannt ist auch die Vergasung fester Brennstoffe,
insbesondere Kohle oder Braunkohle, mit Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxid als Vergasungsmittel
unter einem Druck von 10 bis 150 bar. Geeignete Verfahren, bei denen der Brennstoff ein
Festbett bildet und die unverbrennlichen mineralischen Bestandteile des Brennstoffs als feste Asche un-
■50
W) ter dem Festbett abgezogen werden, sind z. B. in Ulimanns
Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, Seiten 383 bis 386, dargestellt.
Einzelheiten dieser bekannten Vergasungsmethode können den US-Patentschriften 3540867
und 3 854 895 entnommen werden. Bekannt ist auch die Vergasung des Brennstoffs im Festbett mit Abzug
flüssiger Schlacke, wobei auf die britischen Patentschriften 1507905, 1506671 und 1512677 zu verweisen
ist.
Das Rohgas aus den bekannten Festbett-Vergasungsverfahren
fällt üblicherweise mit Temperaturen zwischen 300° und 900° C an. Es enthält erhebliche
Mengen an Wasserdampf und daneben noch Schwelprodukte wie Teer, Phenole, Fettsäuren und Ammoniak.
Bei der Abkühlung des Rohgases enthält das entstehende Kondensat diese Begleitstoffe, die in verschiedenen
Verfahrensstufen entfernt werden müssen. Zu diesem Zweck unterzieht man das Kondensat
nach Abscheiden von Teer und öl einer Phenolextraktion, einer Ammoniakentfernung und anschließendeiner
biologischen Aufbereitung.
Bei der ebenfalls bekannten Vergasung von Kohlenstaub ist ein Vergasungs-Festbett nicht vorhanden.
Das dabei erzeugte Rohgas ist frei von Teer und Öl und fällt mit Temperaturen bis zu etwa 1400° C an.
Bei der Kühlung dieses Rohgases wird ebenfalls wäßriges Kondensat gebildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung des Rohgases auf einfache und wirtschaftliche Weise
durchzuführen. Erfindungsgemäß wird dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch erreicht, daß man
mindestens einen Teil des beim Kühlen anfallenden Kondensats, das eine Temperatur von mindestens
110° C aufweist und unter einem Druck von mindestens
2 bar steht, entspannt, den Entspannungsdampf ableitet, das entspannte Kondensat einer Trenneinrichtung
zuführt, aus der Trenneinrichtung eine weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase abzieht
und als Kühlmedium für das Rohgas wiederverwendet. Die Kühlung des Rohgases und die damit
bewirkte Erzeugung von Kondensat kann direkt und/oder indirekt erfolgen.
Bei der Entspannung des Kondensats kühlt sich dieses ab. Erfolgt die Entspannung auf Atmosphärendruck,
wird eine Entspannungsdampfmenge D frei, die sich aus der Wassermenge W vor der Entspannung
und der Enthalpie / des Wassers vor der Entspannung wie folgt berechnen läßt:
D= W-(/-100)/(639,l-100).
Es ist zweckmäßig, daß das Rohgas durch mehrere Kühlstufen geleitet wird, wobei in mindestens einer
der Kühlstufen eine indirekte Kühlung ohne zurückgeführtes Kondensat erfolgt. Über die in dieser indirekten
Kühlung abgeführte Wärme kann die Menge des anfallenden Entspannungsdampfes eingestellt
werden. Diese Einstellung kann so erfolgen, daß die Menge an gebildetem und abgeführtem Entspannungsdampf
mit der Menge an neugebildetem Kondensat im Gleichgewicht steht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß der abgeleitete Entspannungsdampf
verbrannt wird. Vor allem im Entspannungsdampf eines Rohgases aus der Festbett-Vergasung sind Phenole,
Fettsäuren und Ammoniak enthalten, die mit dem Dampf entfernt und durch Verbrennen beseitigt
werden. Die Behandlung des verbleibenden Kondensatzs wird dadurch wesentlich vereinfacht. Die Ver-
brennungstemperaturen werden im allgemeinen oberhalb von 800° C liegen. Die Abgase der Verbrennung
bestehen im wesentlichen nur noch aus H2O, CO2 und N2 und sind nicht umweltschädlich. Der
Anteil an SO2 im Abgas liegt im allgemeinen unter- ~>
halb der zulässigen Werte. Bevor man die Verbrennungsgase in die Atmosphäre leitet, kann man ihre
fühlbare Wärme noch zur Dampferzeugung nutzen.
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß man das in mehreren Kühlstufen anfallende Kon- 1()
densat getrennt entspannt, entspanntes Kondensat getrennten Trenneinrichtungen zuführt, die Entspannungsdampfströme
vereinigt und gemeinsam verbrennt und die weitgehend aus Wasser bestehenden Kondensatphasen gemeinsam als Kühlmittel in min- ι >
destens einer der das Rohgas indirekt kühlenden Kühlstufen verwendet. In diesem Fall muß das als
Kühlmedium wiederzuverwendende Kondensat nicht bis auf den Druck der Vergasung bespannt werden,
da es nicht mit dem Rohgas in Berührung kommt.
Die Entspannung des Kondensats kann in mehreren Stufen erfolgen. Den Entspannungsdampf kann
man vor seiner Verbrennung über mindestens eine Gasturbine leiten, um Energie wiederzugewinnen.
Beispiele für Verfahrensführungen werden mit 2'·
Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine erste Verfahrensführung, und
Fig. 2 eine zweite Verfahrensführung.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Verfahren wird dem Vergasungsreaktor 1 durch die Lei- Jo
tung 2 körnige Kohle einer Korngröße von etwa 3 bis 60 mm aufgegeben. Durch die Leitungen 3 und 4 gibt
man als Vergasungsmittel Sauerstoff und Wasserdampf in den Reaktor und zieht die unverbrennlichen
Bestandteile durch die Leitung 5 ab. Im Vergasungs- J> reaktor herrscht ein Druck von 5 bis 150 bar, und der
Brennstoff befindet sich dort vorzugsweise im Festbett. Das Rohgas verläßt den Reaktor durch die Leitung
6 und wird in einem Waschkühler 7 mit Kondensat aus der Leitung 8 besprüht. Dabei wird das Rohgas
mit Wasserdampf gesättigt und auf Temperaturen von etwa 150 bis 220° C gekühlt. Dieses Rohgas strömt
dann durch zwei weitere Kühlstufen in Form der Wärmeaustauscher 9 und 10, in denen es indirekt gekühlt
wird. Das Rohgas, das noch Temperaturen \on etwa 110 bis 130° C aufweist und vor allem aus Wasserstoff,
Kohlenoxiden und Methan besteht, wird in der Leitung 11 der nicht dargestellten Weiterverarbeitung
zugeführt.
In den Kühlstufen fällt jeweils Kondensat an, das in den Leitungen 12 und 13 gesammelt und zusammen
mit dem Kondensat des Waschkühlers 7 in der Leitung 14 einer Entspannungseinrichtung 15 zugeführt
wird. Das entspannte und abgekühlte Kondensat gelangt in den Teerscheider 16, in welchem die Flüssig- >
> keiten durch Schwerkrafttrennung separiert werden. Am unteren Ende des Teerscheiders zieht man eine
schwere, staub- und teerh?.ltige Phase bei 16a ab; sie kann ganz oder weitgehend in den Reaktor 1 zurückgeführt
werden. Der Entspannungsdampf wird durch wi die Leitung 17 der Brennkammer 18 aufgegeben. Zusatzbrennstoff
enthält die Brennkammer durch die Leitung 19. Die Verbrennungsgase werden durch die
Leitung 20 abgezogen, wobei fühlbare Wärme im Dampferzeuger 21 ausgenutzt wird. b>
Eine Kondensatphase, die weitgehend aus Wasser besteht, arm an Teer ist und praktisch keine Feststoffe
enthält, wird aus dem Teerscheider 16 mit Hilfe der
Γ)
30 Pumpe 22 in der Leitung 23 zunächst zum Wärmeaustauscher
10 geführt. Danach strömt dieses Kondensat in der Leitung 8 zum Waschkühler 7. Aus dieser Führung
des Kondensats ist ersichtlich, daß es durch die Pumpe 22 mindestens bis auf den Druck im Vergasungsreaktor
1 bespannt werden muß, der auch im Waschkühler 7 herrscht.
Die Verfahrensvariante der Fig. 2 ermöglicht es, das zur Kühlung wiederverwendete Kondensat aus der
Teerscheidung auf einen niedrigeren Druck zu bespannen, als im Waschkühler 7 herrscht. Soweit das
Schema der Fig. 2 mit dem der Fig. 1 übereinstimmt, sind gleiche Bezugsziffern verwendet, und es gelten
die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 gegebenen Erläuterungen.
Im Waschkühler 7 der Fig. 2 wird das Kondensat über die Leitung 30 und die Pumpe 31 im Kreislauf
geführt. Ein Teil des im Wärmeaustauschers 9 anfallenden Kondensats wird durch die Leitung 32 diesem
Kreislauf zugegeben. Der andere Teil des Kondensats gelangt durch die Leitung 33 zur Entspannungseinrichtung
15, abgekühltes Kondensat sammelt sich im Teerscheider 16 und Entspannungsdampf wird in der
Leitung 17 abgezogen. Die schwere Phase verläßt den Teerscheider 16 durch die Leitung 16a.
Die weitgehend aus Wasser bestehende leichte Phase des Teerscheiders 16 wird zusammen mit der
entsprechenden Phase eines weiteren Teerscheiders 34 als Kühlmittel wiederverwendet und zu diesem
Zweck gemeinsam mit Hilfe der Pumpe 35 über die Leitung 36 zum Wärmeaustauscher 10 geführt. Erwärmtes
Kühlmittel in der Leitung 37 wird mit neu gebildetem Kondensat aus der Leitung 38 vereinigt
und einer Entspannungsvorrichtung 39 aufgegeben. Entspanntes Kondensat fließt in den Teerscheider 34,
und der Entspannungsdampf strömt in der Leitung 40 zusammen mit dem Entspannungsdampf der Leitung
17 zur Brennkammer 18. Falls der Druck der Kühlflüssigkeit in der Leitung 36 niedriger ist als der
Druck des Rohgases im Wärmeaustauscher 10, muß das Kondensat in der Leitung 38 über ein Entspannungsventil
geleitet werden, das in der Zeichnung der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen
wurde.
In einer Verfahrensführung gemäß Fig. 1 wird Kohle einer Körnung von 3 bis 60 mm im Festbett
vergast. Beim Einsatz von 1000 kg Kohle (wasser- und aschefrei gerechnet), die noch 94 kg Feuchtigkeit
und 107 kg Asche enthält, werden als Vergasungsmittel 295 Nm3 Sauerstoff und 1350 kg Wasserdampf
aufgewandt. Der Druck im Vergasungsreaktor 1 liegt bei 30 bar. Das Rohgas in der Leitung 6 hat eine Temperatur
von 428° C und ein Volumen von insgesamt 2108 Nm3 (trocken gerechnet). Dieses Rohgas besteht
aus
CO1 31,7 Vol.'ΐ
H1S' 0,5 Vol.rf
1,1 VoI. c'c
17,2 Vol.ri
FI, 37,7 Vol.<7
17,2 Vol.ri
FI, 37,7 Vol.<7
CH1 10,2 VoI/ c
N1 1,6 VoI/7
Außerdem enthält das Rohgas noch 69 kg Teer, Öl und Naphtha sowie etwa 8 kg Phenole, 1,3 kg Fettsäuren
und 11 kg Ammoniak sowie 1547 kg Wasserdampf.
C„H,„
CO
CO
Das Rohgas wird dem Waschkühler 7 zugeführt und dort intensiv mit Wasser aus der Leitung 8 besprüht.
Das Gas verläßt den Waschkühler mit einer Temperatur von 186° C und ist dabei wasserdampf gesättigt.
Im Wärmeaustauscher 9 wird ein Teil der fühlbaren Wärme des Gases zur Dampferzeugung
ausgenutzt. Das Gas aus dem Wärmeaustauscher 9 hat eine Temperatur von 164 ° C und tritt dann in den
Röhrenwärmeaustauscher 10 ein, der von umlaufendem Wasser (Leitungen 23 und 8) durchflossen ist.
Das Gas verläßt den Prozeß in der Leitung 11 mit einer Temperatur von 120° C.
Von der Pumpe 22 kommen 8000 kg im Kreislauf geführtes Wasser mit einem Druck von 31 bar und
einer Temperatur von 100° C. Das Wasser strömt zunächst durch den Wärmeaustauscher 10 und hat dann
in der Leitung 8 eine Temperatur von 141 ° C. Dieses Wasser wäscht im Waschkühler 7 das Rohgas und
kühlt es gleichzeitig auf 186° C ab. In der Leitung 14 liegt ein Kondensatgemisch in einer Menge von
9421 kg und mit einer Temperatur von 182° C vor. Dieses Gemisch, das außer H2O auch noch Teer,
Staub, Phenole, Fettsäuren und Ammoniak enthält, wird auf 1 bar entspannt. Dabei entstehen 1420 kg
Wasserdampf und dazu Phenol-, Fettsäure- und Ammoniakdämpfe. Dieses Dampfgemisch wird in der
Leitung 17 zur Brennkammer 8 geleitet, wo unter Zufuhr von Brennstoff und Luft eine Verbrennungstemperatur
von mindestens 850° C erzeugt wird. Die Verbrennungsgase werden zur Dampferzeugung
durch einen konventionellen Kessel 21 geleitet.
In dem nach dem Schwerkraftprinzip arbeitenden Teerscheider 16 werden aus dem entspannten Kondensat
Teer und Staub abgeschieden, und das Gaswasser steht in der Leitung 23 wieder für den Kreislauf
zur Verfügung.
Die Kohlevergasung des Beispiels 1 wird wiederholt und ansonsten mit einer Verfahrensführung gemäß
Fig. 2 gearbeitet. Das Rohgas durchläuft in gleicher Weise wie im Beispiel 1 den Waschkühler 7 und
die beiden Wärmeaustauscher 9 und 10. Der Wasch-
K) kühler 7 wird nun aber durch im Kreislauf gef ihrt<;s
Wasser mit Hilfe der Waschkühlerpumpe 31 be aufschlagt. Das im Wärmeaustauscher 9 anfallende Kondensat
wirdzum größten Teil dem Entspannungsgefäß 15 auf dem Teerscheider 16 zugeführt. Dort werden
ir> 957 kg Kondensat mit einer Temperatur von 170° C
entspannt, wobei als Entspannungsdampf 123 kg Wasserdampf und dazu Phenol-, Ammoniak- und
Fettsäuredämpfe anfallen. Teer und Staub werden aus dem Teerscheider durch die Leitung 16a abgeführt.
Der Wärmeaustauscher 10 wird mittels Kreislaufwasser gekühlt. Zunächst stehen aus dem Teerscheider
16 834 kg Wasser von 100° C zur Verfügung, weitere 12702 kg Wasser kommen aus dem Teerscheider
34. Die Umwälzpumpe 35 pumpt insgesamt 13 536 kg Wasser auf einen Druck von etwa 5 bar.
Dieses Wasser wird im Wärmeaustauscher 10 erwärmt. Nach Zufuhr von 464 kg Kondensat aus der
Leitung 38 werden insgesamt 14000 kg Wasser von 150° C vor Eintritt in den Teerscheider 34 auf 1 bar
entspannt, wobei als Entspannungsdampf 1298 kg H2O anfallen. Die Entspannungsdämpfe werden über
die Leitungen 40 und 17 gemeinsam der Brennkammer 18 zugeführt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kühlung des Rohgases der ■>
Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden
Vergasungsmitteln unter einem Druck von 5 bis 150 bar, wobei das Rohgas in mindestens einer
Kühlstufe gekühlt wird, dadurch gekenn- "> zeichnet, daß man mindestens einen Teil des
beim Kühlen anfallenden Kondensats, das eine Temperatur von mindestens 110° C aufweist und
unter einem Druck von mindestens 2 bar steht, entspannt, den Entspannungsdampf ableitet, das ι >
entspannte Kondensat einer Trenneinrichtung zuführt, aus der Trenneinrichtung eine weitgehend
aus Wasser bestehende Kondensatphase abzieht und als Kühlmedium für das Rohgas wiederverwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas durch mehrere
Kühlstufen geleitet wird, wobei in mindestens einer der Kühlstufen eine indirekte Kühlung ohne
zurückgeführtes Kondensat erfolgt. 2>
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungsdampf
verbrannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das in mehreren Kühlstu- m
fen anfallende Kondensat getrennt entspannt, entspanntes Kondensat getrennten Trenneinrichtungen
zuführt, die Entspannungsdampfströme vereinigt und gemeinsam verbrennt und die weitgehend
aus Wasser bestehenden Kondensatphasen gemeinsam als Kühlmittel in mindestens einer
der das Rohgas indirekt kühlenden Kühlstufen verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung
des Kondensats in mehreren Stufen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungsdampf
vor seiner Verbrennung über mindestens eine Gasturbine geleitet wird.
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