EP0356554A1 - Verfahren zum Vergassen von Kohle und Weiterbehandeln des Produktgases - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the gasification of coal, wherein the product gas is cooled in one or more heat exchangers with the generation of steam to below the condensation point of the water vapor contained therein, and the condensate water obtained from the product gas is separated off, processed and returned to the process.
- a method of this kind is known from EP-A-0 202 428.
- the process is preferably carried out with allothermal, that is to say externally heated, coal gasification, the process heat required for the gasification not being obtained by the gasification reaction itself, but being supplied from the outside by means of a heat exchanger.
- An external heat source for example a nuclear reactor, can be used to generate the process heat serve, but the process heat can also be obtained by burning part of the product gas itself, as is known from EP-A-0 202 428.
- the rest of the product gas can be used industrially or can also be incinerated for the purpose of generating electrical energy by means of gas and / or steam turbines.
- Boiler feed water treatment is already a complex and costly process when using, for example, ordinary river water; Obtaining boiler feed water from the extremely contaminated condensate of the product gas would be technically unacceptable in terms of costs. Depending on the type of process, the amount of condensate water can also be significantly greater than the amount of feed water required for the boiler feed.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned so that the condensate water separated from the product gas is processed in a simple and energetically favorable manner and returned to the process.
- the advantage of the invention is that the treatment of the condensate water for its return to the process does not require an additional energy source, but that the waste heat contained in the high-pressure and / or low-pressure steam generated can be used for this in a simple manner. Since also the condensate water is not considered Boiler feed water, but is returned in vapor form as process steam, any portions of organic impurities still contained in it are combined again with the product gas generated. The purity achieved in the treatment of the condensate water is therefore not subject to particularly high requirements.
- the path of the product gas beginning at 1 is indicated with a double line and the path of the steam generated with a thick line, in order to remove these paths from the thinly drawn lines for water or the like. to distinguish.
- a fluidized bed is produced from fine-grained coal supplied at 13 and water vapor supplied at 15, the superheated steam serving as the reaction and fluidization medium.
- the product gas or raw gas generated in the gas generator A is passed over a raw gas cooling section 1 and thereby cooled in the heat exchanger 17 of a high-pressure steam generator B.
- High pressure steam is generated, the pressure of which is preferred higher than 100 bar and its superheating temperature is preferably higher than 450 ° C.
- the cooled coal gas is fed via line 2 through a gas scrubber 19 provided with a venturi tube and enters the separating tank C, where impurities such as dust, salts (e.g. NH4Cl) and partially organic components contained in the gas separate out.
- impurities such as dust, salts (e.g. NH4Cl) and partially organic components contained in the gas separate out.
- the coal gas leaving the separating tank C via 3, cleaned in this way, is further cooled in heat exchangers 21, 23, low pressure steam preferably being generated in the range of 2-4 bar in H.
- the resulting in the heat exchangers 21, 23 condensate water, which essentially contains impurities of an organic nature, is used as wash water in the gas scrubber 19 and enters the separating tank C with the gas.
- the condensate water is drawn off from the separating tank C via the valve 5 and fed to a stripping column D.
- the gaseous constituents such as NH 3, H 2 S and volatile organic constituents contained in the condensate water are expelled with the supply of low-pressure steam and, if necessary after cooling in the heat exchanger 25, a vapor combustion is fed via line 6.
- the condensate water running out of the column D is fed via the pump 7 to one or more coke filters E, in which the dissolved or undissolved hydrocarbons still contained in the condensate water are separated.
- the filters E residual coke and / or flying dust can preferably be used as the absorption aid and filter aid layer, which accumulates during gasification in the gas generator A and is discharged there as a residue via a lock system (not shown).
- the use of coke breeze filters for separating hydrocarbons from waste water is known from DE-A-36 35 461.
- the condensate water After passing through the filter E, the condensate water is fed via line 8 to an evaporation tank F and evaporated there.
- the heat source for the partial evaporation of the condensate is the high-pressure steam generated and overheated in B, which was previously passed through a steam turbine T (counter-pressure steam turbine) to perform work, in particular to drive a generator G to generate electricity.
- the exhaust steam from the steam turbine is passed through a tube heat exchanger 27 of the evaporation tank F and cooled there to below the condensation point, so that the heat of condensation of the exhaust steam serves to evaporate the condensate water coming from the filters E.
- the steam obtained in the evaporation tank F by evaporating the condensate water is fed to the gas generator A as a process steam via lines 9 and 15.
- pressure and temperature of the steam of the gas turbine T are high enough so that the steam generated in the evaporation tank F has a higher pressure than the pressure in the gas generator A, then the steam can be fed directly into the gas generator A via the line 15.
- the pressure and temperature of the exhaust steam from the steam turbine T are so low that the pressure of the steam generated in the evaporation tank F is lower than the pressure in the gas generator A, then it may be necessary to open the steam from the evaporation tank F by means of the compressor 29 indicated by the broken line to compress the pressure required for the feed into the gas generator, wherein the compressor 29 can be driven by the steam turbine T.
- the water condensed in the heat exchanger 27 of the evaporation tank F from the exhaust steam of the turbine D is returned to the high-pressure steam generator B via a pump 31 and heat exchangers 33, 35.
- the water residue remaining in the evaporator F is drawn off via the line 10 and cleaned of solids in a filter 39 and then returned to the evaporation tank F via the pump 41.
- the solids separated in the filter 39 can be dried and removed in the usual way as a filter cake.
- the particular advantage of the process described is that the heat of condensation contained in the exhaust steam from the steam turbine T for the evaporation of the condensate water, i.e. can be used to generate process steam and is therefore not lost. Furthermore, the evaporation process in F eliminates additional external cooling capacity. The entire gasification process can work almost wastewater-free, which is particularly important for the coupling of the gasification process with gas and steam turbine processes, ie in the power plant area.
- the gas generator A is heated by means of the pipe coil 11 by means of a hot heat transfer medium supplied via the line 45.
- a hot heat transfer medium supplied via the line 45 This can be made available by a nuclear reactor, for example.
- a self-contained process which is independent of external heat sources is obtained if at least part of the product gas drawn off via line 4 is burned and the flue gas thus generated is at a temperature of For example, 850 ° or more through the line 43 of the coil 11.
- the flue gas Before entering the coil 11, the flue gas can still flow through a heat exchanger 45 in order to overheat the process steam obtained in the evaporator F to temperatures of over 800 °.
- the flue gas leaving the coil 8 can also be used in a heat exchanger 47 for overheating the steam supplied to the steam turbine T.
- the heat exchangers shown at 25, 33 and 35 serve to preheat the boiler feed water used in the steam generators B and H.
- the low-pressure steam generated in the steam generator H can also be used to heat the evaporation container F.
- the vapor drawn off via line 9 is only at a low pressure and must be compressed, for example by means of compressor 39, to the high pressure of, for example, 35 bar required for feeding into gas generator A.
- the stripper stage D and / or filter stage E provided for pre-cleaning the condensate before it is evaporated can theoretically also be omitted, in which case the contaminants in question remain in the condensate water and together are returned to the gas generator A with the steam generated in F.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von Kohle, wobei das Produktgas in einem oder mehreren Wärmetauschern unter Erzeugung von Dampf bis unter den Kondensationspunkt des in ihm enthaltenen Wasserdampfs abgekühlt und das dabei aus dem Produktgas anfallende Kondensatwasser abgetrennt, aufbereitet und in den Prozeß zurückgeführt wird.
- Ein Verfahren dieser Art ist aus EP-A-0 202 428 bekannt. Das Verfahren wird vorzugsweise mit allothermer, also fremdbeheizter Kohlevergasung durchgeführt, wobei die für die Vergasung benötigte Prozeßwärme nicht durch die Vergasungsreaktion selbst gewonnen, sondern von außen mittels Wärmetauscher zugeführt wird. Zur Erzeugung der Prozeßwärme kann dabei eine äußere Wärmequelle, z.B. ein Kernreaktor dienen, die Prozeßwärme kann aber auch durch Verbrennen eines Teils des erzeugten Produktgases selbst gewonnen werden, wie aus der genannten EP-A-0 202 428 bekannt. Der Rest des Produktgases kann industriell verwertet oder aber zwecks Erzeugung elektrischer Energie mittels Gas- und/oder Dampfturbinen ebenfalls einer Verbrennung zugeführt werden. Man kann auf diese Weise einen kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozeß mit integrierter Kohlevergasung schaffen, der eine wesentliche Verbesserung der Primärenergieausnutzung ermöglicht. Außerdem besteht gegenüber der direkten Verbrennung der Kohle der Vorteil, daß das durch Vergasung gewonnene Produktgas sehr viel einfacher von umweltschädlichen Bestandteilen gereinigt werden kann als durch Kohleverbrennung erzeugtes Rauchgas.
- Ein wesentliches Problem bei der Kohlevergasung besteht jedoch darin, daß das durch die Vergasung gewonnene Rohgas einen hohen Wasserdampfanteil enthält, der insbesondere bei allothermer Vergasung über 40% liegt. Bei der späteren Abkühlung des Produktgases bis unter die Kondensationstemperatur fällt eine hohe Menge an Kondensatwasser an. In diesem sind Rückstände organischer Art wie z.B. Phenole, BTX u.dgl. sowie auch anorganische Rückstände enthalten. Soll das Kondensatwasser in die Umwelt entlassen werden, so muß es über aufwendige Einrichtungen so aufbereitet werden, daß es nicht mehr umweltschädlich ist. Aus der genannten EP-A-0 202 428 ist vorgeschlagen, das Kondensatwasser aufzubereiten und als Kesselspeisewasser für die Dampferzeugung zu nutzen. Eine Kesselspeisewasseraufbereitung ist aber bereits bei Verwendung von z.B. gewöhnlichem Flußwasser ein aufwendiger und kostspieliger Prozeß; die Gewinnung von Kesselspeisewasser aus dem extrem verunreinigten Kondensat des Produktgases würde technisch und in Hinblick auf die Kosten nicht vertretbar sein. Auch kann ja nach der Art der Verfahrensführung die Menge des anfallenden Kondensatwassers wesentlich größer sein als die Menge des zur Kesselnachspeisung benötigten Speisewassers.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art so auszubilden, daß das aus dem Produktgas abgetrennte Kondensatwasser auf möglichst einfache und energetisch günstige Weise aufbereitet und in den Prozeß zurückgeführt wird.
- Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Aufbereitung des Kondensatwassers für seine Rückführung in den Prozeß keiner zusätzlichen Energiequelle bedarf, sondern daß hierfür in einfacher Weise die im erzeugten Hochdruck- und/oder Niederdruckdampf enthaltene Abwärme verwendet werden kann. Da außerdem das Kondensatwasser nicht als Kesselspeisewasser, sondern in Dampfform als Prozeßdampf zurückgeführt wird, werden in ihm etwa noch enthaltene Anteile an organischen Verunreinigungen wieder mit dem erzeugten Produktgas vereinigt. An die bei der Aufbereitung des Kondensatwassers erzielte Reinheit werden deshalb keine besonders hohen Anforderungen gestellt.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch das Fließschema für die Durchführung des erfindungsgemäße Verfahrens.
- In der Zeichnung ist der bei 1 beginnende Weg des Produktgases mit einer Doppellinie und der Weg des erzeugten Dampfes mit einer dicken Linie bezeichnet, um diese Wege von den dünn gezeichneten Leitungen für Wasser od.dgl. zu unterscheiden.
- In einem Gaserzeuger A, der mittels einer Rohrschlange 11 allotherm beheizt wird, wird aus bei 13 zugeführter feinkörniger Kohle und bei 15 zugeführtem Wasserdampf eine Wirbelschicht erzeugt, wobei der überhitzte Wasserdampf als Reaktions- und Fluidisierungsmedium dient.
- Das im Gaserzeuger A erzeugte Produktgas oder Rohgas wird über eine Rohgaskühlstrecke 1 geführt und dabei im Wärmetauscher 17 eines Hochdruckdampferzeugers B abgekühlt. Dabei wird Hochdruckdampf erzeugt, dessen Druck vorzugsweise höher als 100 bar und dessen Überhitzungstemperatur vorzugsweise höher als 450°C ist.
- Das abgekühlte Kohlegas wird über die Leitung 2 durch einen mit einem Venturi-Rohr versehenen Gaswäscher 19 geführt und tritt in den Abscheidebehälter C ein, wo sich im Gas enthaltene Verunreinigungen wie Staub, Salze (z.B. NH₄Cl) und teilweise organische Bestandteile abscheiden.
- Das den Abscheidebehälter C über 3 verlassende, so gereinigte Kohlegas wird in Wärmetauschern 21, 23, weiter abgekühlt, wobei in H Niederdruckdampf vorzugsweise im Bereich von 2 - 4 bar erzeugt wird. Das dabei in den Wärmetauschern 21, 23 anfallende Kondensatwasser, welches im wesentlichen Verunreinigungen organischer Natur enthält, wird als Waschwasser im Gaswäscher 19 verwendet und tritt mit dem Gas in den Abscheidebehälter C ein.
- Aus dem Abscheidebehälter C wird das Kondensatwasser über das Ventil 5 abgezogen und einer Stripperkolonne D zugeführt. In dieser werden unter Zuführung von Niederdruckdampf die im Kondensatwasser enthaltenen gasförmigen Bestandteile wie NH₃, H₂S sowie flüchtige organische Bestandteile ausgetrieben und werden, gegebenenfalls nach Abkühlung im Wärmetauscher 25, einer Brüdenverbrennung über die Leitung 6 zugeführt.
- Das aus der Kolonne D ablaufende Kondensatwasser wird über die Pumpe 7 einem oder mehreren Koksgrusfiltern E zugeführt, in denen eine Abtennung der noch im Kondensatwasser enthaltenen gelösten oder ungelösten Kohlenwasserstoffe erfolgt. Vorzugsweise kann in den Filtern E als Absorptionshilfsmittel und Filterhilfsschicht Restkoks und/oder Flugstaub verwendet werden, welcher bei der Vergasung im Gaserzeuger A anfällt und dort als Rückstand über ein (nicht dargestelltes) Schleusensystem ausgetragen wird. Die Verwendung von Koksgrusfiltern zur Abtrennung von Kohlewasserstoffen aus Abwasser ist aus DE-A-36 35 461 bekannt.
- Nach dem Durchlaufen der Filter E wird das Kondensatwasser über die Leitung 8 einem Eindampfbehälter F zugeleitet und dort eingedampft. Als Wärmequelle für die teilweise Verdampfung des Kondensats wird der in B erzeugte und überhitzte Hochdruckdampf verwendet, der zuvor durch eine Dampfturbine T (Gegendruckdampfturbine) zur Arbeitsleistung, insbesondere zum Antreiben eines Generators G zur Stromerzeugung, geführt wurde. Der Abdampf der Dampfturbine wird durch einen Röhrenwärmetauscher 27 des Eindampfbehälters F geführt und dort bis unter den Kondensationspunkt abgekühlt, so daß die Kondensationswärme des Abdampfes zur Verdampfung des von den Filtern E kommenden Kondensatwassers dient.
- Der im Eindampfbehälter F durch Eindampfen des Kondensatwasser gewonnene Dampf wird über die Leitung 9 und 15 als Prozeßdampf dem Gaserzeuger A zugeführt. Wenn Druck und Temperatur des Abdampfes der Gasturbine T hoch genug sind, damit der im Eindampfbehälter F erzeugte Dampf einen höheren Druck hat als der Druck im Gaserzeuger A, dann kann der Dampf über die Leitung 15 direkt in den Gaserzeuger A eingespeist werden. Sind Druck und Temperatur des Abdampfes aus der Dampfturbine T so niedrig, daß der Druck des im Eindampfbehälter F erzeugten Dampfes niedriger ist als der Druck im Gaserzeuger A, dann kann es erforderlich sein, den Dampf aus dem Eindampfgehälter F mittels des gestrichelt angedeuteten Verdichters 29 auf den für die Einspeisung in den Gaserzeuger erforderlichen Druck zu komprimieren, wobei der Verdichter 29 von der Dampfturbine T angetrieben werden kann.
- Das im Wärmetauscher 27 des Eindampfbehälters F aus dem Abdampf der Turbine D kondensierte Wasser wird über eine Pumpe 31 und Wärmetauscher 33, 35 zum Hochdruckdampferzeuger B zurückgeführt.
- Falls die Menge des im Eindampfer F verdampften Kondensats nicht ausreicht, um den Bedarf an Prozeßdampf im Gaserzeuger A zu decken, kann in den Eindampfbehälter F zusätzliches Wasser von außen über die Leitung 37 eingespeist werden. Diese Einspeisung von Fremdwasser kann auch an anderer Stelle, z.B. stromauf der Filter E, erfolgen.
- Der im Eindampfer F verbleibende Wasserrückstand wird über die Leitung 10 abgezogen und in einem Filter 39 von Feststoffen gereinigt und anschließend über die Pumpe 41 zum Eindampfbehälter F zurückgeführt. Die im Filter 39 abgetrennten Feststoffe können in üblicher Weise als Filterkuchen getrocknet und abgeführt werden.
- Der besondere Vorteil der beschriebenen Verfahrensführung liegt darin, daß die im Abdampf aus der Dampfturbine T enthaltene Kondensationswärme für das Eindampfen des Kondensatwassers, d.h. für das Erzeugen von Prozeßdampf genutzt werden kann und somit nicht verlorengeht. Ferner entfällt durch den Verdampfungsvorgang in F zusätzliche externe Kühlkapazität. Der gesamte Vergasungsprozeß kann nahezu abwasserfrei arbeiten, was insbesondere für die Kopplung des Vergasungsprozesses mit Gas- und Dampfturbinenprozessen, also im Kraftwerksbereich, wichtig ist.
- Die Beheizung des Gaserzeugers A mittels der Rohrschlange 11 erfolgt durch ein über die Leitung 45 zugeführtes heißes Wärmeträgermedium. Dieses kann z.B. von einem Kernreaktor zur Verfügung gestellt werden. Einen in sich geschlossenen und von äußeren Wärmequellen unabhängigen Prozeß erhält man, wenn man mindestens einen Teil des über die Leitung 4 abgezogenen Produktgases verbrennt und das so erzeugte Rauchgas mit einer Temperatur von z.B. 850° oder mehr über die Leitung 43 der Rohrschlange 11 zuführt. Vor dem Eintritt in die Rohrschlange 11 kann das Rauchgas noch einen Wärmetauscher 45 durchströmen, um den im Eindampfer F gewonnenen Prozeßdampf auf Temperaturen von über 800° zu überhitzen. Das die Rohrschlange 8 verlassende Rauchgas kann in einem Wärmetauscher 47 noch zum Überhitzen des der Dampfturbine T zugeführten Dampfes verwendet werden.
- Die bei 25, 33 und 35 dargestellten Wärmetauscher dienen zur Vorwärmung des in den Dampferzeugern B und H verwendeten Kesselspeisewassers.
- Änderungen und Ausgestaltungen der dargestellten Ausführungsform sind im Rahmen der Erfindung möglich. So kann z.B. zum Erhitzen des Eindampfbehälters F auch der im Dampferzeuger H erzeugte Niederdruckdampf verwendet werden. In diesem Fall steht allerdings der über die Leitung 9 abgezogene Dampf nur unter einem niedrigen Druck und muß z.B. mittels des Kompressors 39 auf den zur Einspeisung in den Gaserzeuger A erforderlichen hohen Druck von z.B. 35 Bar nachverdichtet werden. Die zur Vorreinigung des Kondensats vor dessen Eindampfung vorgesehene Stripperstufe D und/oder Filterstufe E können theoretisch auch weggelassen werden, wobei dann die betreffenden Verunreinigungen im Kondensatwasser verbleiben und zusammen mit dem in F erzeugten Dampf wieder in den Gaserzeuger A zurückgeführt werden. Es besteht dann allerdings die Gefahr, daß sich bestimmte Verunreinigungsstoffe, wie z.B. das in der Stripperstufe D entfernbare Amoniak oder die in den Filtern E abtrennbaren Phenole u.dgl. in dem im Kreislauf geführten Kondensatwasser anreichern und unter Umständen eine für den Betrieb der Anlage und/oder für die verwendeten Materialien kritische Konzentration erreichen können. Die Einschaltung der Stripperstufe D und Filterstufe E ist deshalb als vorsorgliche Maßnahme anzusehen.
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