DE3913894C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen grobkörniger Brennstoffe in einer Festbettvergasung bei einem Druck von 10 bis 100 bar und zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe in einer Feinkornvergasung, gemeinsames Behandeln der Produktgase aus beiden Vergasungen in einer Konvertierung, wobei man das heiße Produktgas aus der Festbettvergasung mit einem wasserreichen Kondensat besprüht und anschließend auf Temperaturen von 150 bis 250°C indirekt kühlt und dabei das wasserreiche Kondensat bildet, das man teilweise zum Besprühen des heißen Produktgases verwendet.The invention relates to a method for gasification coarse-grained fuels in a fixed-bed gasification at a pressure of 10 to 100 bar and for gasification fine-grained fuels in a fine grain gasification, co-treating the product gases from both Gasification in a conversion, which is the hot Product gas from the fixed bed gasification with a sprayed water-rich condensate and then on Temperatures of 150 to 250 ° C indirectly cools while the forms water-rich condensate, which is partly to Spraying the hot product gas used.
Ein solches Verfahren ist aus dem US-Patent 44 26 810 bekannt.Such a method is known from US Pat. No. 4,426,810 known.
Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren weiterzuentwickeln und den in der Konvertierung erforderlichen Wasserdampf auf einfache Weise bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man das aus der Feinkornvergasung kommende Produktgas mit einem Teilstrom des wasserreichen Kondensats in direkten Kontakt bringt und dabei mit Wasserdampf anreichert.The object of the invention is the well-known Process further and in the conversion required water vapor in a simple manner provide. According to the invention, this is achieved by the fact that the product gas coming from fine grain gasification is also included a partial flow of water-rich condensate in direct Bring in contact while enriching with steam.
Das bei der Kühlung des Produktgases der Festbettvergasung gebildete wasserreiche Kondensat enthält u. a. Teer und Phenole, die man teilweise in das zu konvertierende Produktgas überführt und sie so aus dem zur Kühlung des Produktgases der Festbettvergasung dienenden Kreislauf entfernt. In der Konvertierung werden diese Begleitstoffe zu wertvollen Gasbestandteilen umgewandelt.The cooling of the product gas of the fixed bed gasification formed water-rich condensate contains u. a. Tar and Phenols, some of which can be converted into the Product gas transferred and so from the cooling of the Product gases of the fixed-bed gasification circuit away. In the conversion, these are accompanying substances converted into valuable gas components.
In der an sich bekannten Festbettvergasung werden feste Brennstoffe, insbesondere Kohle oder Braunkohle, mit Korngrößen im Bereich von etwa 3 bis 80 mm vergast. Als Vergasungsmittel dienen Sauerstoff und Wasserdampf und evtl. auch CO2. Das dabei entstehende, oberhalb des Festbettes abgezogene Produktgas enthält neben Wasserstoff und Kohlenoxiden auch die Schwelprodukte des Brennstoffs. Die Vergasung kann in bekannter Weise entweder in einem Drehrostgenerator mit Abzug fester Asche oder aber in einem Reaktor ohne Drehrost mit Abzug flüssiger Schlacke durchgeführt werden.In the known fixed bed gasification solid fuels, especially coal or lignite, are gasified with particle sizes in the range of about 3 to 80 mm. The gasification agents used are oxygen and water vapor and possibly also CO 2 . The resulting product gas withdrawn above the fixed bed contains not only hydrogen and carbon oxides but also the carbonization products of the fuel. The gasification can be carried out in a known manner either in a rotary grate generator with deduction of solid ash or in a reactor without rotary grate with deduction of liquid slag.
Für die Feinkornvergasung werden feinkörnige und staubförmige Brennstoffe mit Korngrößen üblicherweise unterhalb von 5 mm verwendet. Als Vergasungsmittel dienen ebenfalls Sauerstoff und Wasserdampf, das gebildete Produktgas weist Temperaturen im Bereich von 800 bis 1700°C auf, es ist reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid und praktisch frei von Schwelprodukten. Bekannte Verfahren zum Vergasen feinkörniger Brennstoffe arbeiten z. B. in der Wirbelschicht, in der zirkulierenden Wirbelschicht oder als Flugstromvergasung. Alle bekannten Verfahren sind für die beim erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Feinkornvergasung anwendbar.For the fine grain gasification are fine-grained and dusty fuels with grain sizes usually used below 5mm. Serve as a gasifying agent also oxygen and water vapor, the formed Product gas has temperatures in the range of 800 to 1700 ° C it is rich in hydrogen and carbon monoxide and practically free from smoldering products. Known method for Gasifying fine-grained fuels work z. B. in the Fluidized bed, in the circulating fluidized bed or as Entrained flow gasification. All known methods are for the to be used in the method according to the invention Fine grain gasification applicable.
Bei der Konvertierung des Produktgasgemisches wird CO + H2O zu CO2 + H2 umgesetzt, wobei man bei Eintrittstemperaturen von 250 bis 400°C arbeitet und das Gasgemisch über Katalysatoren leitet. Geeignete Katalysatoren, die man bevorzugt im Festbett anwendet, sind z. B. handelsübliche Kobalt-Molybdän-Katalysatoren. Bei der Umsetzung wird Wärme frei, so daß das Gasgemisch die Konvertierung zumeist mit Temperaturen im Bereich von 400 bis 500°C verläßt.In the conversion of the product gas mixture CO + H 2 O is converted to CO 2 + H 2 , where it operates at inlet temperatures of 250 to 400 ° C and passes the gas mixture over catalysts. Suitable catalysts which are preferably used in a fixed bed are, for. As commercially available cobalt-molybdenum catalysts. In the reaction, heat is released, so that the gas mixture usually leaves the conversion with temperatures in the range of 400 to 500 ° C.
Zweckmäßigerweise betreibt man die Festbettvergasung bei einem um 0,5 bis 10 bar höheren Druck als die Feinkornvergasung. Dadurch kann man das wasserdampfreiche Produktgas der Festbettvergasung in das Produktgas der Feinkornvergasung einleiten, ohne einen Verdichter benutzen zu müssen.Appropriately, one operates the fixed bed gasification a 0.5 to 10 bar higher pressure than the Fines gasification. This can be the water-rich Product gas of the fixed bed gasification into the product gas of Initiate fine grain gasification without using a compressor to have to.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Fließschema des Verfahrens.Possibilities of design of the procedure are with help explained the drawing. The drawing shows Flow chart of the process.
Der Festbettvergasung (1) führt man durch die Leitung (2) körnige Kohle zu sowie von unten durch die Leitung (3) ein Vergasungsmittelgemisch bestehend aus Wasserdampf aus der Leitung (4) und Sauerstoff aus der Leitung (5). Asche oder Schlacke zieht man in der Leitung (6) ab.The fixed bed gasification ( 1 ) leads through the line ( 2 ) granular coal and from below through the line ( 3 ) a gasification mixture consisting of water vapor from the line ( 4 ) and oxygen from the line ( 5 ). Ash or slag is drawn off in line ( 6 ).
Das rohe Produktgas, das die Festbettvergasung (1) in der Leitung (8) verläßt, weist üblicherweise Temperaturen von 300 bis 600°C auf. Es wird zunächst in einem Waschkühler (9) mit wasserreichem Kondensat aus der Leitung (10) besprüht, um eine erste Reinigung und Kühlung zu erreichen. Das Gemisch aus Gas und Flüssigkeit führt man in der Leitung (12) zunächst zum Sumpf (13a) eines Abhitzekessels (13), in welchem das Produktgas durch indirekten Wärmeaustausch auf Temperaturen von 150 bis 250°C und vorzugsweise 160 bis 220°C gekühlt wird. Das gekühlte Produktgas verläßt den Abhitzekessel (13) in der Leitung (15).The crude product gas, which leaves the fixed bed gasification ( 1 ) in the line ( 8 ), usually has temperatures of 300 to 600 ° C. It is first in a washing cooler ( 9 ) sprayed with water-rich condensate from the line ( 10 ) to achieve a first cleaning and cooling. The mixture of gas and liquid is conducted in line ( 12 ) first to the bottom ( 13 a) of a waste heat boiler ( 13 ), in which the product gas by indirect heat exchange to temperatures of 150 to 250 ° C and preferably 160 to 220 ° C cooled becomes. The cooled product gas leaves the waste heat boiler ( 13 ) in the line ( 15 ).
Aus dem Sumpf (13a) zieht man in der Leitung (14) wasserreiches Kondensat ab und führt einen Teilstrom durch die Leitung (17) mit Hilfe der Pumpe (18) durch die Leitung (10) zurück zum Waschkühler (9). Das restliche wasserreiche Kondensat wird in der Leitung (19) einem Sättiger (20) aufgegeben und dort versprüht.From the sump ( 13 a) withdrawn in the line ( 14 ) water-rich condensate and performs a partial flow through the conduit ( 17 ) by means of the pump ( 18 ) through the line ( 10 ) back to the washing cooler ( 9 ). The remaining water-rich condensate is in the line ( 19 ) a saturator ( 20 ) abandoned and sprayed there.
Der in bekannter Weise ausgestalteten Feinkornvergasung (25) führt man feinkörnigen Brennstoff durch die Leitung (26) und ein Vergasungsmittelgemisch (Sauerstoff und Wasserdampf) durch die Leitung (27) zu. Asche oder Schlacke verläßt die Feinkornvergasung durch die Leitung (28). Das heiße Produktgas mit Temperaturen von 800 bis 1700°C führt man in der Leitung (30) zunächst zu einem Zyklon (31) zum Abscheiden von Feststoffen, die man durch die Leitung (32) in die Feinkornvergasung (25) zurückführt. Das grob entstaubte Produktgas gelangt in der Leitung (33) zunächst zu einem Abhitzekessel (34), dem man Speisewasser durch die Leitung (35) zuführt und aus dem man den gebildeten Wasserdampf in der Leitung (4) abzieht.Fine grain gasification ( 25 ), designed in a known manner, is fed to fine-grained fuel through line ( 26 ) and a gasification mixture (oxygen and water vapor) through line ( 27 ). Ash or slag leaves the fine grain gasification through the line ( 28 ). The hot product gas at temperatures of 800 to 1700 ° C is carried in line ( 30 ) first to a cyclone ( 31 ) for separating solids, which is recycled through the conduit ( 32 ) in the fine grain gasification ( 25 ). The coarsely dedusted product gas passes in the line ( 33 ) first to a waste heat boiler ( 34 ) to which feed water is supplied through the line ( 35 ) and from which one subtracts the water vapor formed in the line ( 4 ).
Das vorgekühlte Produktgas wird in der Leitung (38) zum Sättiger (20) geführt und dort zur weiteren Kühlung mit wasserreichem Kondensat besprüht. Gleichzeitig wird das Produktgas dabei mit Wasserdampf gesättigt. Nicht verdampfte Flüssigkeit zieht man in der Leitung (39) ab und mischt sie mit dem wasserreichen Kondensat der Leitung (17).The pre-cooled product gas is passed in the line ( 38 ) to the saturator ( 20 ) and sprayed there for further cooling with water-rich condensate. At the same time, the product gas is saturated with water vapor. Unevaporated liquid is drawn off in the line ( 39 ) and mixed with the water-rich condensate of the line ( 17 ).
Aus dem Sättiger (20) kommt in der Leitung (40) ein mit Wasserdampf gesättigtes Produktgas, das auch noch Schwelprodukte, insbesondere Teer und Phenole, aus dem wasserreichen Kondensat aufgenommen hat. Man mischt das Produktgas mit dem Produktgas der Leitung (15), erwärmt das Produktgasgemisch im Wärmeaustauscher (41) auf Temperaturen von 250 bis 400°C und vorzugsweise 280 bis 360°C und gibt das Gasgemisch durch die Leitung (42) der Konvertierung (43) auf. In der Konvertierung (43) wird das Gasgemisch katalytisch an Wasserstoff angereichert. Gleichzeitig werden Teer und Phenole zum größten Teil zu weniger störenden Gasbestandteilen umgewandelt. In der Leitung (45) verläßt ein wasserstoffreiches Gasgemisch die Konvertierung (43) mit Temperaturen von 350 bis 550°C und vorzugsweise 380 bis 500°C. Dieses Gasgemisch gibt einen Teil seiner Wärme im Wärmeaustauscher (41) ab und steht in der Leitung (46) zur weiteren Behandlung zur Verfügung. Wenn man aus dem Gas der Leitung (46) Wasserstoff gewinnen will, ist nun noch eine an sich bekannte Reinigung erforderlich, um insbesondere Schwefelverbindungen und CO2 zu entfernen. Zur Vereinfachung wurden diese an sich bekannten Verfahrensschritte in der Zeichnung weggelassen.From the saturator ( 20 ) comes in the line ( 40 ) saturated with water vapor product gas, which has also included carbon black products, especially tar and phenols, from the water-rich condensate. The product gas is mixed with the product gas of the line ( 15 ), the product gas mixture in the heat exchanger ( 41 ) is heated to temperatures of 250 to 400 ° C and preferably 280 to 360 ° C and passes the gas mixture through the line ( 42 ) of the conversion ( 43 ) on. In the conversion ( 43 ), the gas mixture is catalytically enriched in hydrogen. At the same time, tar and phenols are for the most part converted to less interfering gas components. In line ( 45 ) leaves a hydrogen-rich gas mixture, the conversion ( 43 ) at temperatures of 350 to 550 ° C and preferably 380 to 500 ° C. This gas mixture releases some of its heat in the heat exchanger ( 41 ) and is available in the line ( 46 ) for further treatment. If you want to recover hydrogen from the gas of the line ( 46 ), now a known per se cleaning is required to remove in particular sulfur compounds and CO 2 . For simplicity, these per se known method steps have been omitted in the drawing.
Eine Verfahrensvariante besteht darin, einen Teil des Produktgases der Leitung (15) in der Leitung (23) abzuzweigen und in die Feinkornvergasung (25) zu leiten. Dadurch kann man in der Vergasung (25) erwünschte örtliche Abkühlungen erreichen und das Produktgas ebenfalls mit Wasserdampf anreichern. Wenn man für die Konvertierung (43) jedoch keinen Fremdwasserdampf zuführen will, ist es stets notwendig, wasserreiches Kondensat aus der Leitung (19) in das Produktgas aus der Feinkornvergasung (25) hineinzuverdampfen.A variant of the method consists of branching off part of the product gas of the line ( 15 ) in the line ( 23 ) and passing it into the fine-grain gasification ( 25 ). This can be achieved in the gasification ( 25 ) desired local cooling and also enrich the product gas with water vapor. However, if one does not want to supply external water vapor for the conversion ( 43 ), it is always necessary to evaporate water-rich condensate from the line ( 19 ) into the product gas from the fine-grain gasification ( 25 ).
In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrensführung ohne die Leitung (23) wird in nachfolgend beschriebener Weise gearbeitet, dabei ergeben sich die berechneten Ergebnisse, bezogen auf einen Gesamteinsatz von 100 kg wasser- und aschefreie Kohle.In a corresponding process drawing without the line ( 23 ) is worked in the manner described below, this results in the calculated results, based on a total use of 100 kg of water and ashless coal.
70 kg dieser Kohle wird der Festbettvergasung aufgegeben, die mit einem Drehrostgenerator arbeitet. Als Vergasungsmittel dienen technisch reiner Sauerstoff und Wasserdampf mit pro kg Kohle (wasser- und aschefrei gerechnet) 0,33 Nm3 O2 und 1,78 kg H2O.70 kg of this coal is given to the fixed bed gasification, which works with a rotary grate generator. Technically pure oxygen and water vapor are used as gasifying agents with 0.35 Nm 3 O 2 and 1.78 kg H 2 O per kg coal (calculated without water and ash).
Der Feinkornvergasung gibt man 30 kg Kohle auf, wobei man pro kg Kohle (wasser- und aschefrei gerechnet) 0,6 Nm3 technisch reinen Sauerstoff und 0,12 kg H2O als Vergasungsmittel einsetzt. Die Feinkornvergasung erfolgt nach dem bekannten Prinzip der Flugstromvergasung, wie sie z. B. in Energy Progress, Juni 1982, Seiten 69-72, beschrieben ist.The fine grain gasification is 30 kg of coal, wherein 0.6 kg 3 technically pure oxygen and 0.12 kg of H 2 O used as a gasifying agent per kg of coal (calculated without water and ash). The fine grain gasification takes place according to the known principle of entrainment gasification, as z. As described in Energy Progress, June 1982, pages 69-72.
In der nachfolgenden Tabelle werden die Gasanalysen, Gas- bzw. Dampfmengen sowie Drücke und Temperaturen in den Leitungen (8), (30), (42) und (45) angegeben.The following table shows the gas analyzes, gas or vapor quantities as well as pressures and temperatures in lines ( 8 ), ( 30 ), ( 42 ) and ( 45 ).
Bei den Daten der Tabelle wird davon ausgegangen, daß das Produktgas der Feinkohlevergasung in der Leitung (38) mit 1000°C in den Sättiger (20) geleitet wird und dort mit wäßrigem Kondensat besprüht wird, das man in der Leitung (19) mit einer Temperatur von 190°C heranführt. Dabei erhöht sich der Wasserdampfgehalt im Gas von 0,1 kmol auf 0,8 kmol. Die geringfügigen Änderungen in der Gasanalyse, die sich durch die Umsetzung von Phenolen aus dem Kondensat ergeben, wurden nicht berücksichtigt. Ohne zusätzlichen fremden Wasserdampf wird das Gas der Leitung (42) in die Konvertierung (43) geleitet. Die Konvertierung ist einstufig ausgebildet, sie arbeitet mit einem handelsüblichen Kobalt-Molybdän-Katalysator, der im Festbett angeordnet ist.In the data in the table, it is assumed that the product gas of the fine coal gasification in the line ( 38 ) at 1000 ° C in the saturator ( 20 ) is passed and sprayed there with aqueous condensate, which is in the line ( 19 ) with a Temperature of 190 ° C introduces. The water vapor content in the gas increases from 0.1 kmol to 0.8 kmol. The minor changes in gas analysis resulting from the conversion of phenols from the condensate were not taken into account. Without additional external water vapor, the gas of the line ( 42 ) in the conversion ( 43 ) is passed. The conversion is single-stage, it works with a commercial cobalt-molybdenum catalyst, which is arranged in a fixed bed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |