DE4328685C2 - Verfahren zur Partialoxidation von Koksofengas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Partialoxidation von Koksofengas, bei dem das rohe Koksofengas vor der Durchführung der Partialoxidation weitgehend vom Teer be­ freit und bis auf eine Temperatur von wenigstens 70°C vor­ gekühlt wird.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art wird bereits in der DE 31 12 761 C2 beschrieben. Hierbei soll das Verfah­ ren zur Erzeugung eines für die Methanolsynthese geeigne­ ten Synthesegases eingesetzt werden. Dem Koksofengas kann dabei während der Partialoxidation gegebenenfalls Teer in einer Menge bis zu 0,1 kg pro Nm³ Gas zugesetzt werden. Diese Teerzugabe ist aber nur im Ausnahmefall notwendig, wenn der CO- und CO₂-Anteil im Partialoxidationsgas zu gering ist, um das für Methanolsynthesegas erforderliche Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenoxiden zu erreichen.

Die vorstehende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dar, wobei die Verwendung des erzeugten Partialoxidationsgases nicht nur auf die Verwendung als Methanolsynthesegas beschränkt sein soll. Hierbei soll insbesondere der Anfall von Abwasser bei der Koksofengaskühlung vor der Partialoxidation weit­ gehend vermieden werden.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der ein­ gangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) Das bei der Kühlung des Koksofengases anfallende Spülwasser wird in einem Tank zwischengelagert, des­ sen Flüssigkeitsstand die Temperatur des aus dem Vor­ kühler austretenden Gases in der Weise steuert, daß über den Flüssigkeitsstand die Kühlleistung eines Luftkühlers reguliert wird, über den ein Teilstrom des verwendeten Kühlmediums in den Vorkühler zurück­ geführt wird und
• b) zur Einstellung der Dichte im Spülwasser wird aus dem Dickteerabscheider wasserhaltiger Teer in einer sol­ chen Menge abgezogen, bis im Spülwasser die maximal mögliche Dichte erreicht ist, wobei der abzogene was­ serhaltige Teer der Partialoxidation zugeführt wird.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ geben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas erläutert werden. Das Fließschema zeigt dabei nur die für die Erläuterung des Verfahrensganges unbedingt notwendigen Anlagenteile, während Nebeneinrichtungen, wie z. B. Wärmetauscher, Pumpen, Meß- und Regeleinrichtungen, nicht dargestellt sind.

Das von der in der Abbildung nicht dargestellten Koksofen­ batterie kommende rohe Koksofengas gelangt über die Lei­ tung 1 in die Vorlage 2, in der das Gas in an sich bekann­ ter Weise durch Berieselung mit Spülwasser direkt gekühlt wird. Die Spülwasserzufuhr erfolgt über die Leitung 3. Im Anschluß an die Vorlage 2 gelangt das Gas über die Leitung 4 in den Kondensatabscheider 5 und von dort über die Lei­ tung 6 in den Vorkühler 7, in dem eine indirekte Kühlung des Gases unter Gewinnung von Niedertemperaturwärme er­ folgt. Die im Kondensatabscheider 5 abgeschiedenen teerhaltigen Kondensate werden über die Leitung 8 in den Dick­ teerabscheider 9 abgezogen. Im Vorkühler 7 ist beispiels­ weise die Kühlschlange 10 angeordnet, die von einem geeig­ neten Kühlmedium, wie z. B. Wasser, von unten nach oben durchflossen wird. Das erwärmte Kühlmedium wird dabei über die Leitung 11 aus dem Vorkühler 7 abgezogen. Ein Teil­ strom gelangt dabei in den Luftkühler 12, während der an­ dere Teilstrom über die Leitung 13 am Luftkühler 12 vor­ beigeführt wird. Hinter dem Luftkühler 12 werden beide Teilströme des Kühlmediums in der Leitung 14 wieder ver­ einigt und gemeinsam in die Kühlschlange 10 zurückgeführt.

Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Temperaturrege­ lung ist in dem Tank 15, der der Zwischenlagerung des bei der Gaskühlung anfallenden Spülwassers dient, ein Flüssig­ keitsstandmesser 16 installiert, der über die unterbrochen eingezeichnete Impulsleitung 17 mit dem Luftkühler 12 ver­ bunden ist. Das erfindungsgemäße Regelungsprinzip beruht dabei auf folgenden Überlegungen: Sinkt der Flüssigkeits­ stand im Tank 15 unter einen vorgegebenen Sollwert ab, so bedeutet dies, daß die Temperatur des aus dem Vorkühler 7 austretenden und über die Leitung 18 zum Vergasungsreaktor 19 geführten Koksofengases zu hoch ist. Über die Impuls­ leitung 17 wird deshalb ein Steuersignal zum Luftkühler 12 übertragen, durch das dessen Kühlleistung gesteigert wird. Bei dem Luftkühler 12 kann es sich beispielsweise um einen Gebläse- oder Ventilatorkühler handeln. Durch das Steuer­ signal wird deshalb die Leistung des Gebläses oder Venti­ lators im Luftkühler 12 entsprechend erhöht, so daß infol­ ge der stärkeren Abkühlung des Kühlmediums die Kühllei­ stung des Vorkühlers 7 entsprechend gesteigert wird, was natürlich zu einem Absinken der Gastemperatur hinter dem Vorkühler 7 führt. Steigt jedoch im umgekehrten Falle der Flüssigkeitsstand im Tank 15 über einen vorgegebenen Sollwert, so bedeutet dies, daß die Temperatur des aus dem Vorkühler 7 austretenden Gases zu niedrig ist. In diesem Falle muß die Kühlleistung des Luftkühlers 12 entsprechend reduziert werden. Dies geschieht prinzipiell in der glei­ chen Weise, wie es vorstehend für die Leistungserhöhung beschrieben worden ist.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des über die Leitung 18 in den Vergasungs­ reaktor 19 eingeleiteten Gases vorzugsweise im Bereich zwischen 60 und 70°C gehalten. Im Vergasungsreaktor 19 er­ folgt die Partialoxidation des eingeleiteten Koksofengases sowie des ebenfalls eingeleiteten wasserhaltigen Teeres unter Sauerstoffzufuhr. Bei dem Vergasungsreaktor 19 kann es sich hierbei um eine bekannte Konstruktion, wie bei­ spielsweise einen Koppers-Totzek-Vergaser, handeln, so daß auf deren Einzelheiten nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die bei der Partialoxidation des Koksofengases frei werdende Wärme wird zur Dampferzeugung in dem auf dem Vergasungsreaktor 19 aufgesetzten Abhitzekessel 20 ge­ nutzt. Das aus dem Abhitzekessel 20 austretende Partial­ oxidationsrohgas wird über die Leitung 21 in den Schluß­ kühler 22 eingeleitet, in dem es einer direkten Kühlung mit Wasser unterworfen wird, die gleichzeitig auch zur Ab­ scheidung von Feststoffen aus dem Gas dient. Das über die Leitung 23 aus dem Schlußkühler 22 abgezogene Gas wird der weiteren Gasbehandlung zugeführt, die sich nach dem jewei­ ligen Verwendungszweck des Gases richtet. Das Gas kann da­ bei sowohl zur Erzeugung von Heizgas als auch zur Erzeu­ gung von Wasserstoff oder Synthesegas genutzt werden. Da diese weitere Gasbehandlung nicht Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung ist, braucht hierauf nicht näher einge­ gangen zu werden.

Die bei der indirekten Kühlung des Koksofengases im Vor­ kühler 7 anfallenden teerhaltigen Gaskondensate werden über die Leitung 24 in den Kondensatsammelbehälter 25 ab­ gezogen. Die Hauptmenge dieser Kondensate wird anschlie­ ßend über die Leitung 26 zur Leitung 4 zurückgeführt und dort dem Koksofengas vor dem Kondensatabscheider 5 zuge­ setzt. Von dort gelangen sie - wie bereits beschrieben - über die Leitung 8 in den Dickteerabscheider 9. Gegebenen­ falls kann aus der Leitung 26 ein Teilstrom der Kondensate über die Leitung 27 abgezogen und zur Spülung der Kühl­ schlange 10 auf den Vorkühler 7 aufgegeben werden.

Im Dickteerabscheider 9 erfolgt die Auftrennung der einge­ leiteten teerhaltigen Kondensate in die drei Phasen Was­ ser, wasserhaltiger Teer (Leichtteer) und Dickteer, wobei sich diese Phasen in der angegebenen Reihenfolge unterein­ ander abscheiden. Der sich am Boden des Dickteerabschei­ ders 9 ansammelnde Dickteer wird von dem dicht oberhalb des Bodens angeordneten Kratzkettenförderer 27 erfaßt und über den nach oben gerichteten Schenkel des Dickteerab­ scheiders 9 zur Fördereinrichtung 28 transportiert, durch die der Dickteer der Einsatzkohle vor der Verkokung zuge­ führt werden kann. Die weiter oben beschriebene Phasen­ trennung im Dickteerabscheider 9 wird beeinflußt von der Dichte der wäßrigen Phase, die ihrerseits vom Salzgehalt der Einsatzkohle abhängt. Da die wäßrige Phase als Spül­ wasser für die Berieselung der Vorlage 2 wiederverwendet wird, ist es im Interesse einer sauberen Phasentrennung im Dickteerabscheider 9 angebracht, daß die Dichte der wäßri­ gen Phase den Wert von 1,04 bis 1,06 g/cm³ nicht übersteigt. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß über die Leitung 29 wasserhaltiger Teer aus dem Dickteerabscheider 9 in einer solchen Menge abgezogen, bis in der als Spülwasser dienenden wäßrigen Phase die maximal mögliche Dichte erreicht ist. Der abgezogene wasserhaltige Teer wird dabei über die Leitung 29 in den Vergasungsreaktor 19 eingelei­ tet, in dem er gemeinsam mit dem Koksofengas der Partial­ oxidation unterworfen wird. Gemäß einer im Fließschema nicht dargestellten Variante des Verfahrens kann das Was­ ser im wasserhaltigen Teer vor der Einleitung in den Ver­ gasungsreaktor 19 verdampft werden und als Wasserdampf se­ parat in den Vergasungsreaktor 19 eingeleitet werden. Da­ durch wird eine gewisse Einsparung von Sauerstoff bei der Partialoxidation erreicht. Von der Leitung 29 zweigt die Leitung 30 ab, durch die der wasserhaltige Teer, der nicht über die Leitung 29 in den Vergasungsreaktor 19 gelangt, in den Kondensatsammelbehälter 25 eingeleitet wird. Hier wird er mit den teerhaltigen Gaskondensaten aus dem Vor­ kühler 7 gemischt. Die dabei erhaltene Mischung fließt über das im Kondensatsammelbehälter 25 angeordnete Wehr 31 ab und wird über die Leitung 26 abgezogen. Überschüssige Kondensate können über die Leitung 32 aus dem Kondensat­ sammelbehälter 25 entfernt und anschließend weiter entwäs­ sert werden. Die Menge des auf diese Weise gewonnenen Überschußteeres richtet sich nach den Anforderungen an die Qualität des erzeugten Partialoxidationsgases. Die wäßrige Phase aus dem Dickteerabscheider 9, die als Spülwasser für die Vorlagenberieselung dient, gelangt über die Leitung 33 in den Tank 15 und von dort über die Leitung 3 zur Vorlage 2. Über die Leitungen 34 und 35 wird der für die Partial­ oxidation erforderliche Sauerstoff in den Vergasungsreak­ tor 19 eingespeist.

Das Ausführungsbeispiel betrifft die Verarbeitung von 6.500 t/d Kohle (wasserfrei). Die Einsatzkohle hatte dabei folgende Zusammensetzung:

Wassergehalt	10%
Aschegehalt (wf)	8%
Schwefelgehalt (wf)	1%
Flüchtige (waf)	27%
Schüttgewicht	0,83 t/m3

Bei der Verkokung dieser Kohle in einem konventionellen Verkokungsofen fallen folgende Verkokungsprodukte an:

Koks (wf)	5.135 t/d
Rohgs	100.000 m3n/h

bestehend aus:

H2	ca. 60 Vol.-%
CH4	ca. 24 Vol.-%
CnHm	ca. 3 Vol.-%
N2 + O2	ca. 5 Vol.-%
CO	ca. 6 Vol.-%
CO2	ca. 2 Vol.-%
H2O	ca. 400 g/m3n
Teer	ca. 90 g/m3n
Benzol	ca. 30 g/m3n
H2S	ca. 8 g/m3n
HCN	ca. 1 g/m3n
NH3	ca. 8 g/m3n

Das Koksofenrohgas wurde entsprechend dem weiter oben be­ schriebenen Verfahrensgang weiterbehandelt und in einem Koppers-Totzek-Vergaser bei einem Druck von 1,1 bar und einer Temperatur von 1.300°C einer Partialoxidation unter­ worfen. Erfindungsgemäß wurde dem Koksofengas vor dem Ein­ tritt in den Koppers-Totzek-Vergaser wasserhaltiger Teer in einer Menge von 90 g/m³n zugesetzt. Bei der Partialoxi­ dation wurden folgende Produkte erzeugt:
Partialoxidationsgas: ca. 175.000 m³n/h
bestehend aus:

H2	ca. 62 Vol.-%
N2 + Ar	ca. 4 Vol.-%
CO	ca. 29 Vol.-%
CO2	ca. 5 Vol.-%

Flüssiger Schwefel: ca. 18 t/d
Überschußsattdampf: ca. 160 t/h

Für die Partialoxidation wurden etwa 38.000 m³n/h Sauer­ stoff (98%-ig) benötigt.

Das erzeugte Partialoxidationsgas kann anschließend einer dem weiteren Verwendungszweck angepaßten Gasbehandlung un­ terworfen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Partialoxidation von Koksofengas, bei dem das rohe Koksofengas vor der Durchführung der Partialoxidation weitgehend vom Teer befreit und bis auf eine Temperatur von wenigstens 70°C vorgekühlt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) Das bei der Kühlung des Koksofengases anfal­ lende Spülwasser wird in einem Tank zwischen­ gelagert, dessen Flüssigkeitsstand die Tempe­ ratur des aus dem Vorkühler austretenden Ga­ ses in der Weise steuert, daß über den Flüs­ sigkeitsstand die Kühlleistung eines Luftküh­ lers reguliert wird, über den ein Teilstrom des verwendeten Kühlmediums in den Vorkühler zurückgeführt wird und
• b) zur Einstellung der Dichte im Spülwasser wird aus dem Dickteerabscheider wasserhaltiger Teer in einer solchen Menge abgezogen, bis im Spülwasser die maximal mögliche Dichte er­ reicht ist, wobei der abgezogene wasserhalti­ ge Teer der Partialoxidation zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des aus dem Vorkühler austretenden Gases im Bereich zwischen 60 und 70°C gehalten wird.

3. Verfahren nach den Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichte im Spülwasser im Bereich zwischen 1,04 und 1,06 g/cm³ eingestellt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wasser aus dem wasserhaltigen Teer, der aus dem Dickteerabscheider abgezogen wird, vor der Einleitung in den der Partialoxidation die­ nenden Vergasungsreaktor verdampft und als Wasser­ dampf separat in den Vergasungsreaktor eingeleitet wird.