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"Verfahren zur Abtrennung von trockener Flugasche aus einem Gas
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beanspruchte 19. November 1981 Niederlande0 Nr. 8905259 Priorität:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren aus Abtrennung von trockener Flugasche
aus einem Gas mit einer Temperatur im Bereich von 100 bis 20000C0 wobei der größere
Teil der Flugasche mittels mindestens eines Zyklons aus dem Gas abgetrennt und das
Gas anschließend in mindestens 2 Verfahrensstufen mit Wasser gewaschen wird und
die in der ersten Stufe erhaltene wässrige Flugasche-Suspension teilweise in das
Ausgangsgas injiziert wird m Prinzip können alle feste Teilchen enthaltenden Gase
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigt werden. Das Verfahren ist jedoch
besonders geeignet zur Reinigung von Synthesegas, welches durch Teilverbrennung
von Kohle erhalten worden ist. Ein solches Gas enthält außer Wasserstoff , Kohlenmonoxid,
Sohlendioxidg leichten Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf auch noch Flugascheteilchen
und zum größten Teil gasförmige Weben produkte, wie Schwefel- und Stickstoffverbindungen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Flugascheteilchen praktisch vollständig
aus dem Synthesegas abgetrennt wer#en.
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Nach dem Abtrennen des größeren Anteils der festen Teilchen mittels
eines oder mehrerer Zyklone wird das Gas in mindestens zwei Stufen mit Wasser gewaschen.
Zu diesem Zweck wird das Gas innig mit Wasser in Berührung gebracht. Dies kann mittels
einer oder mehrerer Venturi-Düsen,mittels Verteilerböden, gepackter Kolonnen oder
Sprühvorrichtungen erfolgen. Nach jedem Berührungsschritt werden das Gas und die
erhaltene wässrige Suspension fester Teilchen voneinander.getrennt. Das Gas wird
dann in die nächste Berührungsstufe eingespeist. Die Suspension wird mindestens
teilweise zu dem vorhergehenden Verfahrensschritt zurückgeführt.
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Das durch ein oder mehrere Zyklone hindurchgegangene Gas wird vorzugsweise
zunächst in einer Venturi-Vorrichtung mit einer wässrigen Suspension in Berührung
gebracht, die teilweise aus der zweiten Berührungsstufe und teilweise aus der ersten
Berührungsstufe stammt. Demgemäß ist die erste Berührungsstufe vorzugsweise eine
Venturi-Vorrichtung. Nachdem das Gas durch diese Behandlungsstufe hindurchgegangen
ist, wird die gebildete Mischung aus Gas und wässriger Suspension in einem Separator
in ein teilweise gereinigtes Gas und eine wässrige Suspension von festen Teilchen
aufgetrennt, wobei letztere teilweise zu der Venturi-Vorrichtung zurückgeführt und
teilweise in das Ausgangsgas eingespritzt wird. Diese Berührung zwischen dem heißen
Ausgangsgas und der zurückgeführten wässrigen Suspension findet vorzugsweise auch
in einer Venturi-Vorrichtung statt, worauf das Wasser der Suspension verdampft.
Die aus Gas, Wasserdampf und festen Teilchen bestehende Mischung wird anschließend
durch ein oder mehrere Zyklone geleitet, um den Hauptanteil an festen Teilchen abzutrennen.
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Das aus dem Separator abströmende Gas wird vorzugsweise in einem Gaswäscher
im Gegenstrom mit einer wässrigen Suspension von festen Teilchen gewaschen. Der
Gaswäscher besteht vorzugsweise aus einem Bett aus Füllkörpern, wie Raschig-Ringen,
Pall-Ringen, oder Berl- Sattelkörpern. Die in dem Gaswäscher gebildete wässrige
Suspension von festen Teilchen wird vorzugsweise
zum Teil zu der
Venturi-Vorrichtung zurückgepumpt und vorzugsweise zum Teil abgekühlt. Um mittels
des erfindungsgemaßen Verfahrens befriedigende Ergebnisse zu erhalten, muß das Wasser
der wässrigen Suspension, welche in das Ausgangsgas injiziert wird, nach dieser
Injektion praktisch vollständig verdamp£en.
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Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Temperatur des Ausgangsgases
und die eingespritzte Menge so aufeinander abgestimmt wer= den, daß die Temperatur
der Mischung aus Gas und Wasserdampf, nachdem die wässrige Suspension der festen
Teilchen in dieser Mischung praktisch vollständig verdampft ist, mindestens über
dem Taupunkt einer solchen Mischung liegt. Die Temperatur des Ausgangsgases liegt
daher in jedem Fall höher als sein Taupunkt.
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In der Praxis soll daher die Temperatur des Ausgangsgases mindestens
1000C betragen.
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Die maximale Temperatur des Ausgangsgases für das erfindungsgemäße
Gasreinigungsverfahren entspricht der maximalen Auslaßtem peratur des vorhergehenden
Verfahrensschrittes. Im Fall der Teilo verbrennung von Kohle beträgt diese Temperatur
höchstens 20000C.
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Da der Wirkungsgrad einer Vorrichtung zur Entfernung der festen Teilchen,
wie eines Zyklons, mit sinkender Gastemperatur zunimmt, ist es vorteilhaft, die
Gastemperatur bis auf Temperaturen unterhalb 10000C und vorzugsweise unterhalb 500so
abzusenken. Eine Temperaturverringerung erfolgt mindestens teilweise infolge der
Verdampfung der beschriebenen Injektion einer wässrige gen Suspension. Eine weitere
Temperaturverringerung kann durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit einem
Kühlmedlum, beispielsweise in einem Dampfkessel oder durch Wasserinjektion erfolgen.
Ein Vorteil der Rückführung der wässrigen Suspension fester Teilchen, welche in
der Waschstufe des Gases abgetrennt Brd, in das Ausgangsgas besteht in der Möglichkeit,
den Anteil an Abwasserströmen in dem Gasreinigungssystem auf ein bestimmtes Maß
zu beschränken, da die darin abgetrennten festen Teilchen eine integrierte Anlage
in trockenem Zustand verlassen können.
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Durch Abzug von Wärmeenergie aus dem Gasreinigungssystem nach der
Durchführung des Trocken-Trennschrittes kann die Au#laßtemperatur
des
letzten Gaswäschers sogar derart eingestellt werden, daß die in den Gaswäschern
kondensierende Wassermenge derjenigen Wassermenge entspricht, welche zusammen mit
der Suspension, welche in das Ausgangsgas eingespritzt wird, im Kreislauf zurückgeführt
wird. In einem solchen Fall findet überhaupt kein Wasserverbrauch statt und es braucht
auch kein verunreinigtes Wasser aus der Gasreinigungsanlage abgelassen zu werden.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Mischung aus Gas und Flugasche angewendet
wird, welche aus einer Vorrichtung für die Teilverbrennung von Kohle stammt, so
ist der beabsichtigte Verwendungszweck des Synthesegases einer der Faktoren, welche
bestimmen, ob die Abkühlung des Reaktorabgases auf die gewünschte Zyklontemperatur
vorteilhafter durch indirekten Wärmeaustausch in einem Dampfkessel oder durch direkte
Wasserinjektion durchzuführen ist.
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Falls ein Dampfkessel verwendet wird, läßt sich eine minimale Erzeugung
von Abwasser und ein minimaler Wasserverbrauch dann verwirklichen, wenn die Temperatur
in dem letzten Vorrichtungsteil der Gasreinigungsanlage im Bereich zwischen 25 und
2000C liegt. Das gereinigte Gas, welches den Gaswäscher verläßt, wird vorzugsweise
auf eine Temperatur im Bereich von 25 bis 1200C abgekühlt, so daß ein Teil des darin
noch enthaltenen Wasser dampfes kondensiert. Das gebildete Wasser wird dann vom
Gas abgetrennt.
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Wenn es dagegen für die weiteren Verwendungszwecke des Gases nützlich
ist, daß dieses mit hohen Wasserdampfkonzentrationen an den Verbrauchsort gelangt
- beispielsweise zu einem Reaktor, in welchem die Wassergasreaktion durchgeführt
wird, um den Wasserstoffgehalt eines Gases unter Verminderung seines Kohlenmonoxidgehaltes
zu erhöhen - dann wird zumindest eine gewisse Abjoühlung des Reaktorabgases durch
direktes Einspritzen von Wasser in das Gas bewirkt. Die Temperatur im letzten Wäscher
wird dann auf einen Bereich von 100 bis 3600C eingestellt, um eine Kondensation
von Wasserdampf in dem Waschsystem auf einem möglichst geringen Wert zu halten.
In diesem Fall kann ein Abkühlen
des Waschsystems nur in beschränktem
Maße erfolgen oder es findet überhaupt keine Abkühlung statt.
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INs wurde vorstehend darauf hingewiesen, daß der größere Teil an festen
Teilchen zunächst mittels mindestens eines Zyklons aus dem Gas entfernt wird. Wenn
das die festen Teilchen ent haltende Gas aus einer Kohleverbrennung oder einer Anlage
zur Vergasung von Kohle stammt0 enthält es Flugasche. Die in dem ode den Zyklone
abgetrennte Flugasche wird dann vorzugsweise dae Verbrennungs- oder Vergasungsanlage
zurückgeführt Bin Vorteil der Rückführung der abgetrennten Flugasche zu der Gas
bildenden Verbrennungs- oder Vergasungsanlage besteht da rin, daß noch nicht verbrauchter
Kohlenstoff so weit als möglich von der Flugasche abgebrannt wird e so daß sich
der Gesamtumwandlungsgrad der Kohle erhöht. Wenn es sich um eine Verhrennungs- oder
Vergasungsanlage des Typs handelt, in dem Schlacke gebildet wird, dann verläßt die
zurückgeführte Flugasche die Verbrennungsvorrichtung zu einem beträchtlichen Aus@aß
als komponente der aufgeschmolzenen Schlacke. Die dabei gebildeten glasartigen Schlacketeilchen
oder Ascheteilchen sind gegenüber einer Vielzahl von auslaugenden Flüssigkeiten,
wie Regenwasser oder Grundwasser, inert, so daß in ihnen eventuell vorliegende schädliche
Substanzen nicht in die Umgebung gelangen können.
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Das Abfallproblem, welches sonst mit staubartigen und manchmal schädlichen
Flugascheteilchen verbunden ist, wird damit ganz wasentlich verringert.
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Der größte Teil der Flugasche wird aus dem Gas mittels einer oder
mehrerer Zyklonen bei einer Temperatur zwischen 100 bis 2000°C, vorzugsweise bei
einer Temperatur von höchstens 5000C D angetrennt, und der restliche Anteil der
Flugasche wird aus dem Gas durch eine Wasserwäsche abgetrennte wobei dann die dabei
gebildete wässrige Suspension in das Ausgangsgas injiziert wird. Demgemäß werden
als Endprodukte des beschriebenen Gas reinigungsverfahrens nur ein gereinigtes Gas
und eine glasartige Schlacke erhalten. Das Rückführen der Flugasche in die Verbrennungsanlage
weist
jedoch den Nachteil auf, daß sich in der Rückführungsleitung eine ganze Reihe von
flüchtigen Komponenten anreichern. Verbindungen, die bei hohen Temperaturen in der
Verbrennungsanlage flüchtige Substanzen bilden, sind einige Halogenide, Cyanide
und Ameisensäure, und diese Verbindungen werden daher nicht zusammen mit der Schlacke
ausgetragen, sondern sie kondensieren oder verfestigen sich, wenn die Temperatur
des Trägergases absinkt,und sie werden zum Teil von der rückzuführenden Flugasche
aufgenommen,und der Restanteil findet sich in der wässrigen Flugasche-Suspension
wieder. Demgemäß würde die Konzentration solcher flüchtiger Verbindungen in den
betreffenmehr den Produktströmen im Laufe der Zeit immer/ansteigen. Da kondensierende
flüchtige Verbindungen eine Rolle bei der Verunreinigung von Wärmeaustauschern spielen,
führt das Anwachsen der Konzentration von Verbindungen solchen Typs unweigerlich
zu einer stärkeren und schnelleren Verunreinigung. Darüber hinaus führt eine erhöhte
Konzentration von solchen Verbindungen auch zu dem Ergebnis, daß die betreffenden
Vorrichtungen aus sehr kostspieligem hochlegiertem Stahl bestehen müssen, da üblicher
Stahl viel zu schnell korrodieren würde. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es jedoch möglich geworden, diese Prob leme zu vermeiden, da die in der ersten
Berührungsstufe gebildete Suspension von festen Teilchen nicht insgesamt in das
Ausgangsgas injiziert wird und da außerdem in dieser Berührungsstufe nur ein Teil
der Suspension aus dem gesamten System abgetrennt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von trockener Flugasche
aus einem Gas mit einer Temperatur im Bereich von 100 bis 20000C, wobei der größte
Anteil der Flugasche mittels mindestens einem Zyklon aus dem Gas abgetrennt wird
und das Gas anschliessend in mindestens 2 Stufen mit Wasser gewaschen wird und die
in der ersten Stufe erhaltene wässrige Flugasche-Suspension zum Teil in das Ausgangsgas
injiziert wird, ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in der ersten
Stufe gebildeten wässrigen Flugasche-Suspension aus dem Reinigungssystem abgezogen
wird.
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Vorzugsweise wird dieser abgezogene Teil der wässrigen Suspensimon
nach weiterer Behandlung im Kreislauf zurückgeführt.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil der in der ersten Stufe gebil deuten
und aus dem Reinigungssystem abgezogenen wässrigen Flugasche-Suspension 0,005 bis
2 kg/kg Gas. Es hat sich gezeigt, daß diese Menge ausreichend ist, um ein Anreichern
unerwünschter Komponenten in der Rückführleitung des Gasreinigungsverfahens zu vermeiden.
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Bs ist vorteilhaft, die abgezogene Suspension zu entwässern.
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Wach weiterer Reinigung kann das Wasser dann wieder verwendet oder
aus dem System abgelassen werden, während die entwässerte Suspension, welche aus
feuchten Flugascheteilchen besteht, vor zugsweise zusammen mit Kohle vermahlen und
getrocknet wird. Die dabei gebildete homogenisierte Mischung aus Kohle und Flugasche
teilchen sird vorteilhaft als Zuspeisung für eine Verbrennungs-oder Vergasungsanlage
verwendet, in welcher sie vollständig oder teilweise verbrannt wird. Die so wiederverwendete
Flugasche kann dann zum größten Teil in Form von Schlacke aus der Verbrennungs-oder
Vergasungsanlage abgezogen werden. Dabei wird vorzugsweise ein Teil der entwässerten
Suspension mit mindestens 10 Gewichtsteilen Kohle vermischt, jeweils bezogen auf
wasserfreien bzw.
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aschelosen Zustand.
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Das Entwässern der Suspension kann in beliebiger an sich bekannter
Weise erfolgen. Mit Vorteil werden für eine solche Entwässerungsbehandlung eine
Filtration, Plotation,cder Sedimentat ion angewendet. Das Filtrat kann gegebenenfalls
nach weiterer Reinigung wiederverwendet oder in die Umgebung abgelassen wer den,
wenn dies erwünscht ist.
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Eine andere Weiterverarbeitungsmöglichkeit der abge?<cgenen wässrigen
Suspension hat den Vorteil, daß die im Ausgangsgas noch vorhandene Wärmeenergie
bei niedriger Temperatur (gewünschtenfalls nach Rückgewinnung eines Teils der Wärmeenergie
des
Ausgangsgases) für das Trocknen der festen Teilchen ausgenutzt
werden kann. Bei dieser Arbeitsweise wird das in der abgezogenen Suspension enthaltene
Wasser durch Wasser ersetzt, welches eine mindestens zu einem bestimmten Anteil
verringerte Konzentration an solchen flüchtigen Komponenten enthält, indem man beispielsweise
die Suspension entwässert, die entwässerten Teilchen wäscht und anschließend in
retativ reinem Wasser wieder suspendiert. Diese neue gebildete Suspension wird dann
vorzugsweise zu dem Waschsystem oder zu der Rückführleitung zurückgeführt, im letzteren
Fall an dem Punkt, wo die rückgeführte Suspension in das Ausgangsgas eingespritzt
wird. Nach der Reinigung kann das ursprüngliche Suspensionswasser wiederverwendet
oder aber in die Umgebung abgelassen werden.
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Wenn die in der ersten Trocken-Trennstufe beispielsweise in einem
oder mehreren Zyklonen abgetrennte Flugasche zu der Verbrennungs- oder Vergasungsanlage
zurückgeführt wird, ist es vorteilhaft, die Temperatur in der Trennvorrichtung in
einer solchen Weise zu wählen, daß diejenigen Komponenten, welche für eine gute
Betriebsweise der Anlage, welche sich in Stromrichtung hinter der Trocken-Trennvorrichtung
befindet, nur in geringen Konzentrationen vorliegen sollen, nicht selektiv aus dem
Gasstrom abgetrennt werden. Halogenide, wie Chloride, sind gut bekannte Beispiele
in dieser Hinsicht. Die Temperatur der Trocken-Trennvorrichtung wird dann vorzugsweise
höher als 2000C und insbesondere höher als 2500C gewählt. Falls es aus anderen Gründen
wünschenswert ist, eine Flugasche mit geringen Konzentrationen an solchen Komponenten
zu erhalten, dann ist es gleichfalls /von Vorteil, diesen Temperaturbereich als
Arbeitstemperatur für die Trocken-Trennvorrichtung für die Flugasche zu wählen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, welche
ein Fließdiagramm eines Verfahrens und einer Vorrichtung gerna#ß der Erfindung wiedergibt.
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In dieser Zeichnung ist 1 ein Reaktor, in welchem die vollständige
Verbrennung
einer aus Kohle und im Kreislauf zurückgeführter Flugasche bestehende Zuspeisung
24 mittels eines Sauerstoffstroms 3 erfolgt. Aus dem Reaktor 1 wird ein Strom flüssiger
Schlacke 2 abgezogen. Das Rohgas 4 wird dem indirekten Wärmeausrauscher 5 zugeleitet,
aus welchem ein auf etwa 4000C abgeuhbtes Gas 6 erhalten wird, wobei das zugeführte
Kühlwasser 8 in einen Dampfstrom 7 umgewandelt wird.
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Das Gas 6 wird in einem Zyklon 9 in Flugasche 10, die dem Reaktor
1 wieder zugeführt wird, und ein teilgereinigtes Gas 11 aufgetrennt, welches in
einem Gaswäscher 12 mit einer Suspension von Flugasche in Wasser 13 in innige Berührung
gebracht wird.
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Sus dem Wäscher 12 wird ein gereinigtes Gas 14 abgezogen, wel ehes
frei von Flugasche ist. Außerdem wird aus dem Wäscher 12 eine Suspension von Flugasche
in Wasser 15 abgezogen, die zum Teil in einer Kühlvorrichtung 26 gekühlt und dann
zusammen mit Frischwasser oder rückgeführtem Wasser 18 als Waschstrom 13 zum Kopf
des Gaswäschers 12 zurückgeführt wird. Der erst ehe Anteil der wässrigen Flugasche-Suspension
15 wird zum Teil in einem Rotationsfilter 16 unter Bildung einer Paste 17 entwässert
und der restliche Anteil der wässrigen Suspension wird als Strom 25 in das zu reinigende
Ausgangsgas injiziert. Das bei der Entwässerungsbehandlung freigesetzte Wasser 18
wird aus dem System abgelassen. Die Paste 17 wird mittels der Extrusionspumpe 20
in die druckfeste Kugelmühle 21 eingespeist. Durch die Rotationsbewegung der Mühle
erhitzt sich die darin befindliche wasteeund unter Zusatz von Kohle 22 wird die
Paste zusammen mit der Kohle fein vermahlen und getrocknet. Der dabei gebildete
Wasserdampf kann zu einer Drucksteigerung bis zu 100 kg/cm2 fuhren Der Druck wird
so gewählt, daß er etwa dem im Reaktor 1 herrschenden Druck entspricht. Die Temperatur
in der Kugelmühle 21 kann beispielsweise 2350C betragen. Aus der Kugelmühle 21 Fließt
ein Dampfstrom ab, in welchem eine Mischung von Kohle und flugasche dispergiert
ist. Diese Gesamtmischung wird dem Reaktor o zugeführt. Auf diese Weise wird die
Flugasche vollständig in den Vergasungsprozeß zurückgeführt. Gleichzeitig wird dem
Reak tor aber auch die benötigte Menge an Dampf zugeführt. Auf diese
Weise
wird das mit den Flugascheteilchen zusammenhängende Verschmutzungsproblem sehr elegant
gelöst, während sich gleichzeitig in dem Rückführungssystem für die Flugascheteilchen
keine unerwünscht hohen Konzentrationen an Halogeniden, Ameisensäure und anderen
schädlichen Substanzen bilden können.