DE3248405C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Flugasche aus einem rohen Synthesegas bei erhöhtem Druck, bei welchem die Flugasche in einem Zyklon abgeschieden und die ab­ geschiedene Flugasche in einem Sammelbehälter gesammelt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Flugasche ist das Feststoffmaterial, das von Produktgasen bei der Verbrennung oder Vergasung durch Teilverbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mitgerissen wird. Als Brennstoff können viele Materialien in Betracht gezogen werden, z. B. Kohle, Braunkohle, Teer, Torf, Holz, Erdöl und Erölfraktionen, aus Teersand wiedergewonnenes Öl, Schieferöl usw.

Feststoffpartikel können aus einem Gas dadurch entfernt werden, daß das Gas tangential in einen Zyklon eingelassen wird. Es findet dann eine Trennung zwischen dem Gas und den durch das Gas mitgerissenen Feststoffpartikeln statt. Das Gas verläßt den Zyklon über einen Gasauslaß am oberen Ende des Zyklons. Die Feststoffpartikel werden am unteren Ende des Zyklons abgeführt bzw. ausgelassen.

Wenn der Zyklon mit erhöhtem Druck arbeitet, können während des Auslassens der Feststoffpartikel Probleme auftreten. Zum Aus­ lassen von Feststoffpartikeln in einen Behälter mit einem nied­ rigeren, gewöhnlich atmosphärischen Druck, ist die Verwendung einer Schleuse erforderlich. In diesem Fall werden die Fest­ stoffpartikel zunächst in einem Sammelbehälter gesammelt. Wenn der Druck in der Schleuse auf im wesentlichen den Druck im Sam­ melbehälter angestiegen ist, wird es den Feststoffpartikeln gestattet, in die Schleuse zu strömen. Der Druck in der Schleuse wird dann auf im wesentlichen den Druck im Behälter mit niedrigerem Druck verringert. Die Feststoffpartikel werden dann in letzteren Behälter überführt. Die Schleuse wird somit abwechselnd gefüllt und entleert, und somit wird auch der Sam­ melbehälter in zeitlichen Abständen entleert.

Wenn die Feststoffpartikel vom Sammelbehälter in die Schleuse strömen, strömt aus der Schleuse verdrängtes Gas in den Sammelbehälter. Da die Feststoffpartikel im Sammelbehälter agglomerieren und eine mehr oder weniger kompakte Masse bilden können, ist es erwünscht, daß der Feststoff locker geschüttelt wird, wenn der Sammelbehälter geleert wird. Dies wird vorzugs­ weise ausgeführt, indem in der Schleuse in bezug auf den Sam­ melbehälter ein leichter Überdruck geschaffen wird. Wenn die Verbindung zwischen der Schleuse und dem Sammelbehälter geöff­ net wird, schüttelt dann ein vom Überdruck herrührender Gas­ strom die Feststoffpartikel lose. Der Überdruck beträgt vor­ zugsweise bis zu 5% des Absolutdrucks im Sammelbehälter.

Wenn keine speziellen Maßnahmen getroffen werden, tritt ein Anteil des aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel ver­ drängten Gases über den Feststoffauslaß in den Zyklon ein. Dies wird durch den Überdruck in der Schleuse und die Geschwindig­ keit verursacht, mit der das Gas aus der Schleuse verdrängt wird. Über den Feststoffauslaß in den Zyklon strömendes Gas übt eine unvorteilhafte Wirkung auf den Betrieb des Zyklons aus.

Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von in einem Gasstrom enthaltenen Feststoffpartikeln bekannt (DE-PS 9 16 617), wobei die Vorrichtung einen konischen Filter auf­ weist, in welchem der mit den Feststoffpartikeln beladene Gas­ strom schraubenlinienförmig in Richtung gegen das kleinere Ende des Filters strömt, wobei der Hauptteil des Gasstromes durch die Filterwandung hindurch und in einen Gasauslaß strömt, wäh­ rend der die Feststoffpartikel enthaltende Nebengasstrom ent­ lang der äußeren Filterwandung durch einen zweiten Gasauslaß strömt. Dieser Nebengasstrom gelangt in einen Nebenabscheider, in welchem die Feststoffpartikel aus dem Nebengasstrom abge­ schieden werden. Der Nebengasstrom, der nunmehr keine Fest­ stoffpartikel mehr enthält, wird in eine dem Filter vorgeschal­ tete Kammer zurückgeführt. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der DE-PS 6 95 328 bekannt.

Es sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Staub aus Luft bekannt (US-PS 13 53 431). Die Vorrichtung soll in einer Mühle verwendet werden und sie weist Mittel auf, um die in einen Sammelbehälter eintretende Luft gegen die Außenwand des Behälters zu richten, um auf diese Weise Staub oder andere Feststoffpartikel, die mit der Luft eintreten, von dieser zu trennen.

Es ist auch eine Drehschleuse eines Mahlwerkes bekannt (ZS: Die Müllerei, 1967, Seiten 774, 775). In dieser Literaturstelle wird untersucht, ob die Rückluft von der Schleuse die Abschei­ derspirale stört.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von Flugasche aus rohem Synthesegas bei erhöhtem Druck unter Verwendung eines Zyklons derart auszuführen, daß kein Gas über den Feststoffauslaß in den Zyklon eintritt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Sammelbehälter in zeitlichen Abständen über eine Schleuse in einen Behälter entleert wird, in welchem niedrigerer Druck herrscht, und daß das Gas, welches während der Entleerung des Sammelbehälters aus der Schleuse in den Sammelbehälter ein­ tritt, über ein Rohr abgegeben wird, welches in dem Zyklon gleichachsig angeordnet ist und sich von dem Sammelbehälter zu einer Stelle in dem Gasauslaß des Zyklons erstreckt.

Ein Zyklon, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Gasauslaß am oberen Ende, einer Auslaßvorrichtung für die abgeschiedene Flugasche am unteren Ende, einem unterhalb davon angeordneten Sammelbehälter und einem über eine Schleuse mit dem Sammelbehälter verbundenen weiteren Behälter, in dem ge­ wöhnlich geringerer Druck herrscht, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein koaxial im Zyklon angeordnetes Rohr, das sich vom Sammelbehälter bis zu einem Punkt im Gasauslaß erstreckt.

Im Zyklon treten zwei schraubenförmige, als Wirbel bekannte Drehbewegungen auf, und zwar ein innerer und ein äußerer Wirbel. Der äußere Wirbel erstreckt sich vom Einlaß, an dem das Feststoff enthaltende Gas tangential in den Zyklon ein­ gelassen wird, und bewegt sich anschließend nach unten zum Feststoffauslaß, wobei er die Feststoffpartikel mitreißt. Der innere Wirbel beginnt in der Nähe des Feststoffauslasses, führt eine nach oben gerichtete Bewegung zum Gasauslaß durch und besteht aus Gas, das im wesentlichen frei von Feststoff­ partikeln ist. Um die geringstmögliche Störung in den Wirbeln zu verursachen, die für die Wirksamkeit des Zyklons erforder­ lich sind, ist das Rohr koaxial im Zyklon angeordnet.

Die Tatsache, daß sich das Rohr vom Sammelbehälter bis zu einem Punkt im Gasauslaß erstreckt, stellt sicher, daß das Gas nicht in den Zyklon strömen kann. Das in den Sammelbe­ hälter eintretende Gas wird nicht durch die zwischen dem Feststoffauslaß und dem Rohr gebildete ringförmige Öffnung strömen, da die nach unten strömenden Feststoffpartikel ein relativ großes Maß an Widerstand bieten, während im Rohr überhaupt kein Hindernis vorhanden ist, so daß letz­ teres einen relativ niedrigen Widerstand bietet.

Der Durchmesser des Rohres hängt von der Menge des durch das Rohr abzulassenden Gases ab. Diese Menge ist durch die Menge der Feststoffpartikel, die jedesmal bei Entleerung des Sammelbehälters in die Schleuse ausgelassen werden, und durch die Gasmenge bestimmt, die, wenn überhaupt, für Fluidisierzwecke eingelassen wird. Die Menge des Fluidi­ siergases hängt von der Art der Feststoffpartikel ab. Einige Materialien weisen einen hohen Bett-Expansionsgrad auf, d. h. es ist eine relativ große Gasmenge zur Fluidi­ sierung des Materials erforderlich. In diesem Fall muß dem­ zufolge eine größere Gasmenge eingelassen werden, als dies der Fall bei Materialien mit einem niedrigen Bett-Expansions­ grad der Fall ist, und demzufolge ist der Rohrdurchmesser größer.

Feststoffpartikel können durch den inneren Wirbel mitge­ führt werden, der in der Nähe des Feststoffauslasses beginnt. Der Grad der Trennung zwischen Gas und Feststoffpartikeln wird dann ungünstig beeinflußt. Um den Nachteil der Mit­ nahme von Feststoffpartikeln auszuschalten, wird eine runde Platte vorzugsweise am Rohr befestigt. Noch bevorzugter ist es, eine konische Platte zu diesem Zweck am Rohr zu be­ festigen. In diesem Fall weist die Spitze des Konus zum Gasauslaß.

Die Platte ist vorzugsweise am Rohr an der Stelle angebracht, an der der zylindrische Teil des Zyklons in den konischen Teil übergeht. Der Durchmesser der Platte muß eine solche Größe haben, daß die Störung des äußeren Wirbels auf einem Minimum gehalten ist. Andererseits muß der Durchmesser groß genug sein, um die Mitnahme von Feststoffpartikeln durch das emporsteigende Gas wirksam herabzusetzen. Dem­ zufolge beträgt der Plattendurchmesser vorzugsweise 60 bis 85% des Innendurchmessers des Zyklons.

Der Behälter mit niedrigerem Druck befindet sich normaler­ weise hei Atmosphärendruck. Dies ist jedoch nicht erfor­ derlich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jeden Zyklon verwendet werden, vorausgesetzt, der Druck im Be­ hälter mit niedrigerem Druck ist tatsächlich niedriger als der Betriebsdruck des Zyklons. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordentlich zweckmäßig, wenn die Druck­ differenz zwischen dem Zyklon und dem Behälter mit niedri­ gerem Druck 5 bis 40 bar beträgt.

Die Bedingungen, die an das in den Sammelbehälter zu Flui­ disierzwecken eingelassene Gas zu stellen sind, bestehen lediglich darin, daß das Gas indifferent bzw. träge bezüg­ lich der Feststoffpartikel und bezüglich des Gases ist, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden. Diese Anforderungen werden von vielen Gasen erfüllt. Ein Gas, das dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden werden, ist besonders geeignet. Beispielsweise kann ein Anteil des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigten Gases zurückge­ führt werden, um die Feststoffpartikel zu fluidisieren. Dies hat den Vorteil, daß das gereinigte Gas nicht durch ein anderes Gas verunreinigt wird. Das aus der Schleuse durch die Feststoffpartikel verdrängte Gas ist ein Teil des Gases, mittels dessen die Schleuse unter Druck ge­ setzt worden ist. Die Anforderungen an das Gas sind die­ selben wie für das Fluidisiergas. Hierfür ist ebenfalls ein Gas sehr geeignet, das dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Feststoffpartikel abgeschieden worden sind. Beispielsweise kann ein Anteil des durch das erfindungsgemäße Verfahren gereinigten Gases der Schleuse zugeführt werden, um in ihr den richtigen Druck aufzu­ bauen. Zur Entleerung der Schleuse muß der Druck auf im wesentlichen den Druck reduziert werden, der im Behälter mit niedrigerem Druck herrscht. Wenn der Druck in der Schleuse durch Ablassen von Gas aus der Schleuse in die Atmosphäre herabgesetzt worden ist, muß sichergestellt werden, daß keine Luftverschmutzung stattfinden kann. Letzteres Gas ist dann nicht immer geeignet. Es muß dann ein harmloses Gas verwendet werden, z. B. Stickstoff, Kohlendioxid etc.

Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff besteht das Gas, aus dem die Flugasche abgeschieden wird, im wesent­ lichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Wie oben festgestellt wurde, können das Gas, das dazu verwendet wird, die Schleuse auf den richtigen Druck zu bringen, und das Fluidisiergas einen Anteil des durch das erfindungsgemäße Verfahren gereinigten Gases enthalten. Stickstoff und Kohlen­ stoffdioxid oder Gemische dieser Gase sind ebenfalls hierfür geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung veranschaulicht.

Ein Feststoffpartikel enthaltender Gasstrom wird tangential in einen Zyklon 1 mit hohem Druck durch einen Einlaß 2 ein­ geführt. Es findet eine Trennung zwischen dem Gas, das den Zyklon über einen Gasauslaß 3 verläßt, und den Feststoff­ partikeln statt, die in einem Sammelbehälter 4 gesammelt werden. Mittels einer konischen Platte 5 auf einem Rohr 6 werden Feststoffpartikel daran gehindert, durch das Gas mit­ gerissen und über den Gasauslaß 3 abgeführt zu werden.

Während sich Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 ansammeln, wird eine Schleuse 9 unter Verwendung einer Leitung 10 unter Druck gesetzt, bis sie im wesentlichen denselben Druck wie der Sammelbehälter 4 aufweist. Es wird über eine Leitung 7 Gas zugefügt, um die Feststoffpartikel im Sammelbehälter 4 zu fluidisieren.

Wenn die gewünschte Menge an Feststoffpartikeln im Sammel­ behälter 4 gesammelt worden ist, wird ein Ventil 8 geöffnet, so daß die Feststoffpartikel aus dem Sammelbehälter 4 in die Schleuse 9 strömen. Das Gas, das infolgedessen in den Sammelbehälter 4 strömt, wird zusammen mit dem durch die Leitung 7 eingeführten Gas über das Rohr 6 abgelassen, das sich in den Gasauslaß 3 erstreckt. Wenn die gewünschte Menge an Feststoffpartikeln in die Schleuse 9 geströmt ist, wird das Ventil 8 geschlossen. Die Gaszufuhr durch die Leitung 7 wird nun unterbrochen, es sei denn, sie ist kontinuierlich. Der Druck in der Schleuse wird über eine Leitung 11 auf im wesentlichen den Druck reduziert, der in einem Behälter 13 herrscht. Ein Ventil 12 wird geöffnet, und die Feststoffpar­ tikel strömen dann in den Behälter 13. Nachdem die Schleuse 9 entleert worden ist, wird das Ventil 12 geschlossen. Der Druck in der Schleuse 9 wird anschließend auf im wesentli­ chen den Druck im Sammelbehälter 4 erhöht. Die Feststoff­ partikel im Behälter 13 können über ein Ventil 14 abgeführt werden.

Die Schleuse 9 und der Behälter 13 können mit Vorkehrungen ausgestattet sein, um die Agglomeration der Feststoffpartikel herabzusetzen. Solche Vorkehrungen können beispielsweise in einer mechanischen Rütteleinrichtung oder Gaszufuhrleitungen zur Fluidisierung der Feststoffpartikel bestehen (in der Zeichnung nicht gezeigt).

Claims (11)

1. Verfahren zum Entfernen von Flugasche aus einem rohen Synthesegas bei erhöhtem Druck, bei welchem die Flugasche in einem Zyklon abgeschieden und die abgeschiedene Flugasche in einem Sammelbehälter gesammelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sammelbehälter (4) in zeitlichen Abständen über eine Schleuse (9) in einen Behälter (13) entleert wird, in welchem niedrigerer Druck herrscht, und
daß das Gas, welches während der Entleerung des Sammelbehälters (4) aus der Schleuse (9) in den Sammelbehälter (4) eintritt, über ein Rohr (6) abgegeben wird, welches in dem Zyklon gleich­ achsig angeordnet ist und sich von dem Sammelbehälter (4) zu einer Stelle in dem Gasauslaß (3) des Zyklons (1) erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Ent­ leerung eintritt, aus aus der Schleuse in den Sammelbehälter strömendem Gas und dem in den Sammelbehälter eingeführten Gas zusammensetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mitführen von Flugasche durch das zum Gasaus­ laß des Zyklons emporsteigende Gas mittels einer runden, am Rohr befestigten Platte verhindert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entleerung eintritt, dieselbe Zusammensetzung wie das Gas besitzt, aus dem die Flugasche abgeschieden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Zyklon und dem Behälter mit niedrigerem Druck herrschende Druckdifferenz 5 bis 40 bar beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das in den Sammelbehälter während dessen Entlee­ rung eintritt, Stickstoff und/oder Kohlendioxid ist.

7. Zyklon zur Entfernung von Flugasche aus einem Gas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, mit einem Gasauslaß am oberen Ende, einer Aus­ laßöffnung für die abgeschiedene Flugasche am unteren Ende, ei­ nem unterhalb davon angeordneten Sammelbehälter und einem über eine Schleuse mit dem Sammelbehälter verbundenen weiteren Be­ hälter, in dem gewöhnlich geringerer Druck herrscht, gekenn­ zeichnet durch ein koaxial im Zyklon (1) angeordnetes Rohr (6), das sich vom Sammelbehälter (4) bis zu einem Punkt im Gasauslaß (3) erstreckt.

8. Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine runde Platte am Rohr (6) befestigt ist.

9. Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine konische Platte (5) am Rohr (6) befestigt ist.

10. Zyklon nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platte (5) am Übergang des zylindrischen Teils des Zyklons in den konischen Teil befestigt ist.

11. Zyklon nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser der Platte (5) 60 bis 85% des Innendurchmessers des Zyklons beträgt.