EP2049627A2 - Method and device for pretreating fuels - Google Patents

Method and device for pretreating fuels

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Publication number
EP2049627A2
EP2049627A2 EP07787814A EP07787814A EP2049627A2 EP 2049627 A2 EP2049627 A2 EP 2049627A2 EP 07787814 A EP07787814 A EP 07787814A EP 07787814 A EP07787814 A EP 07787814A EP 2049627 A2 EP2049627 A2 EP 2049627A2
Authority
EP
European Patent Office
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gas
fuel
fuels
gaseous components
combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07787814A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Rohovec
Friedhelm Herzog
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Messer Group GmbH
Original Assignee
Messer Group GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F25J2215/30—Helium
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/32—Neon
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the pretreatment of fuels.
  • coal is mechanically comminuted before being fired and then heated to evaporate water stored in the coal.
  • the object of the invention is therefore to provide an economically viable option for further pretreatment of fuels.
  • This object is achieved by a method for the pretreatment of fuels, in which are separated from the fuel prior to its combustion incombustible or flame-retardant, gaseous and vaporous components and fed into a gas stream for further use.
  • a gas stream is charged with the separated components, which is then subjected to a process for gas separation in order to win the separated from the fuel components.
  • an existing air separation plant can be used, wherein the gas stream is fed either as a partial stream in the input stream of the air separation plant, or the input stream of the air separation plant is used as a whole gas stream, which is loaded with the gaseous components.
  • the loaded gas stream can also be filled into containers, transported by transport vehicles to the air separation plant and then fed into the input stream of the air separation plant.
  • the fuel In the case of a solid or liquid fuel, such as coal or oil, it proves useful to subject the fuel to remove the gaseous components to a desorption process.
  • the fuel is heated to a temperature at which desorb at least a portion of the adsorbed in the fuel gaseous components.
  • the fuel is then contacted with a gas stream, the desorption gas, which gas stream absorbs desorbed gaseous components.
  • the heating of the fuel can also be effected by the gas flow, which in turn has been heated in turn accordingly.
  • the gas stream is then either used directly or individual Bestandtele be separated from the gas stream.
  • a per se known method is used to separate the fuel from incombustible or hardly combustible components, for example a membrane process or a cryogenic process in which the gases to be separated Constituents or the fuel from the gas stream are condensed or will.
  • the gaseous fuel can be fed to a gas separation immediately or after mixing fresh air.
  • An advantageous development of the invention provides that oxygen obtained in the gas separation process is used for combustion of the fuel. This further increases the synergistic effect between the separation of the gaseous constituents and the combustion.
  • a gas recovered in the gas separation process is used to receive the components separated from the fuel.
  • this can be used nitrogen, which was obtained in the gas separation.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides for supplying the gas stream intended for receiving the gaseous constituents to exhaust gas from the combustion of the fuel.
  • the exhaust gas of the combustion process is thus, at least partially recirculated, preferably after the removal of carbon dioxide, and admixed with the gas stream for receiving the gaseous constituents or used as such.
  • the heat of the exhaust gas can be used at the same time for heating the fuel.
  • waste heat arising during the gas separation and / or the combustion process is preferably used to heat the gas stream and / or the fuel.
  • a fossil fuel such as coal, petroleum, natural gas or mine gas is treated by the method according to the invention.
  • the economically exploitable, separable from the fuel gas constituents include in addition to gases such as oxygen, nitrogen or carbon dioxide in particular noble gases.
  • gases such as oxygen, nitrogen or carbon dioxide in particular noble gases.
  • helium is contained in natural gas and argon in mine gas.
  • the yield of noble gases in the usual decomposition of pure air, however, is low, which is why the air separation is not usually used for the production of noble gases (with the exception of argon).
  • the object of the invention is also achieved by a device for the pretreatment of fuels, with a device for separating gaseous components from the fuel and with a device for feeding the gaseous components from the fuels into the inlet channel of a gas separation device.
  • gaseous and vaporous constituents which are present in the fuel in adsorbed, dissolved or mixed form are removed from the fuel by means of suitable devices, for example desorption devices, strippers, separation columns, condensers or membrane systems.
  • the gaseous constituents or a gas laden with the gaseous constituents is then subjected to a gas separation process, either undiluted or after addition of fresh air.
  • the means for separating the gaseous constituents from the fuel comprises a desorption device in which solid or liquid fuel is heated and thereby desorb gaseous constituents.
  • the desorption allows the enrichment of the raw gas with noble gases, which can then be displayed in the separator in -im compared to pure air separation - large amounts and recycled.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides a device for generating heat and / or electricity, comprising a power plant, is burned in the fuel with oxygen, characterized in that the power plant with an air separation device for generating oxygen for the combustion of the fuel in Power plant and is operatively connected to one of the aforementioned device for the pretreatment of burned in the power plant fuels.
  • the use of air separation plants in the environment of fossil-fueled power plants, such as coal or natural gas, is being discussed recently.
  • the oxygen obtained during the air separation is used directly for the combustion of the fossil fuel in order to be able to more easily remove the carbon dioxide formed during combustion from the exhaust gas.
  • the nitrogen produced in the air separation plant can serve, for example, in the manner described above as a desorption gas for the pretreatment of the fuel used, whereby its calorific value is increased.
  • the device for the pretreatment of the fuels for supplying the gaseous components with the gas separation device, ie to use the air separation device used for generating the oxygen for combustion in the power plant at the same time for the recovery of gaseous components in the fuel.
  • the crude gas is enriched with noble gases and thus increases the yield of noble gases in the air separation process
  • Fig. 1 equipped with a device according to the invention incinerator in a first embodiment
  • Fig. 2 A equipped with a device according to the invention incinerator in a second embodiment.
  • the combustion plant 1 shown in FIG. 1 comprises a combustion device 2, for example the combustion chamber of a power plant, in which a fossil energy source, for example coal, crude oil or natural gas, or waste is burned.
  • the fuel is fed via a fuel supply 3 to the combustion device 2.
  • An oxidant in the exemplary embodiment oxygen or an oxygen-rich gas, is introduced into the combustion device 2 via an oxidant line 4.
  • the exhaust gas produced during combustion is removed via an exhaust gas line 5.
  • the resulting during combustion carbon dioxide can be separated and disposed of in a separator 6 from the rest of the exhaust gas.
  • the oxygen used in the combustion is generated in an air separation plant 7.
  • a raw gas which is supplied via a crude gas line 8, decomposed in a conventional manner into its constituents, which then via corresponding product lines 4, 9,10,11 for nitrogen (9), oxygen (4), Argon (10), neon (1 1), helium (12), and optionally lines for other gases contained in the raw gas such as krypton or xenon, are discharged and available for economic recovery.
  • the fuel supply 3 is preceded by a desorption device 13.
  • the fuel is heated before it is fed to the combustion device 2 and subjected to a desorption gas, in the exemplary embodiment air, which is introduced via a Desorptionsgastechnisch 14.
  • a desorption gas in the exemplary embodiment air, which is introduced via a Desorptionsgastechnisch 14.
  • the fuel desorb at least partially the noble gases contained in the fuel and other trace gases, as well as oxygen and water, and are entrained by the Desorptionsgasstrom.
  • the fuel is heated up either by heating the fuel itself and / or the desorption gas before it is fed to the fuel.
  • the heat of the exhaust gas discharged via the exhaust pipe 5 can be used for this purpose.
  • the laden desorption gas is removed in the crude gas line 8, dried in a per se known device 15 for separating water and then fed via the crude gas line 8 of the air separation plant 7. Since the raw gas introduced into the air separation plant 7 has a higher noble gas content than ordinary air due to the desorption process, correspondingly larger amounts of noble gases can be obtained in the air separation plant 7.
  • the oxygen content may be increased due to the desorption process, whereby a - compared to air - much higher proportion of the raw gas as oxidant via the oxidant line 4 of the combustion device 2 can be supplied.
  • another gas for desorption for example a process gas which is obtained in another process in the environment of the incineration plant 1.
  • Fig. 2 in the same-acting parts of the system are designated by the same reference numerals as in Fig. 1, a variant of the aforementioned embodiment is shown.
  • nitrogen is used as desorption gas, which was previously obtained in the air separation plant 7.
  • air is fed via an air supply line 21 after passing through the device 15 for separating water into the air separation plant 7 and there decomposed into its components.
  • the oxygen is, as in the previous embodiment, supplied via an oxygen line 4 of the combustion device 2.
  • a partial flow of the nitrogen obtained during the decomposition is led out of the nitrogen line 9 and via a desorption gas line 23 to the desorption device 13.
  • the nitrogen laden with noble gases and other gaseous substances is fed to the fresh air stream brought in line 21 and with it to the air separation plant 7.
  • the nitrogen laden with noble gases and other gaseous substances is fed to the fresh air stream brought in line 21 and with it to the air separation plant 7.
  • Another, not shown embodiment of the invention provides, the exhaust gas from the combustion device 2 after the separation of the carbon dioxide in the separator 6 wholly or partially admix the desorption gas.
  • the exhaust gas from the combustion device 2 after the separation of the carbon dioxide in the separator 6 wholly or partially admix the desorption gas.
  • noble gas fractions also subjected to the process of gas separation.
  • the natural heat of the exhaust gas can be used to heat the fuel.
  • the invention is of course not limited to the specified embodiments.
  • the inventive method is suitable for use in all processes in which the separation of noble gas or other trace gases from fuels is economically feasible.

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Abstract

In order to improve the combustibility and the calorific value of fuels, these fuels are subjected to different pretreatment methods. In order to improve the cost-effectiveness of the pretreatment of fuels, it is proposed to remove noncombustible, gaseous constituents from the fuels and to convey said constituents in a gas stream to a further use. In particular the gas stream is subjected to a gas-splitting method through which gas constituents extracted from the fuel can be presented in pure form.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vorbehandlung von Brennstoffen Process and apparatus for the pretreatment of fuels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Brennstoffen.The invention relates to a method and a device for the pretreatment of fuels.
Es ist bekannt, Brennstoffe vor ihrer Verbrennung vorzubehandeln, um ihre Brenneigenschaften zu verbessern. So wird zum Beispiel Kohle vor der Verfeuerung mechanisch zerkleinert und anschließend erhitzt, um in der Kohle eingelagertes Wasser zu verdampfen.It is known to pretreat fuels prior to their combustion to improve their burning properties. For example, coal is mechanically comminuted before being fired and then heated to evaporate water stored in the coal.
Weitere, für die Verbrennung nicht förderliche Stoffe können nur mit einem hohen Aufwand aus dem Brennstoff entfernt werden. Die Kosten einer solchen Vorbehandlung übersteigen dabei häufig den durch die Verbesserung der Brenneigenschaften erreichten wirtschaftlichen Vorteil und werden daher nicht durchgeführt.Other, not beneficial for combustion substances can be removed only with great effort from the fuel. The cost of such a pretreatment often exceeds the economic advantage achieved by the improvement of the burning properties and is therefore not carried out.
Aufgabe der Erfindung ist somit, eine wirtschaftlich vertretbare Möglichkeit zur weiteren Vorbehandlung von Brennstoffen anzugeben.The object of the invention is therefore to provide an economically viable option for further pretreatment of fuels.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Vorbehandlung von Brennstoffen, bei dem aus dem Brennstoff vor seiner Verbrennung unbrennbare oder schwerbrennbare, gas- und dampfförmige Bestandteile abgetrennt und in einem Gasstrom einer weiteren Nutzung zugeführt werden.This object is achieved by a method for the pretreatment of fuels, in which are separated from the fuel prior to its combustion incombustible or flame-retardant, gaseous and vaporous components and fed into a gas stream for further use.
Durch die Entfernung der gasförmigen Bestandteile wird der Brennwert des Brennstoffes erhöht und zugleich durch die weitere Nutzung der gasförmigen Bestandteile eine Synergie zwischen dem Verbrennungsprozess und der wirtschaftlichen Verwertung der gasförmigen Bestandteile hergestellt. Damit wird insgesamt die Wirtschaftlichkeit der Vorbehandlung von Brennstoffen erhöht. Als Brennstoffe werden hier alle Arten von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen verstanden, in denen gasförmige, nicht brennbare Bestandteile adsorbiert, eingelöst oder eingemischt sind; insbesondere zählen dazu fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl, Erdgas oder Grubengas aber auch brennbare Abfallstoffe, die mit abtrennbaren Gasbestandteilen beladen sind, wie Müll, Klärschlämme o.a.. All diese Brennstoffe enthalten in häufig nicht zu vernachlässigendem Umfang Gasbestandteile, die unmittelbar oder nach einer entsprechenden Aufbereitung einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden können. Sofern es sich um unbrennbare oder nur schwer brennbare Gasbestandteile handelt, führt ihre Entfernung in der Regel zugleich zu einer Verbesserung der Brennstoffqualität.The removal of the gaseous constituents increases the calorific value of the fuel and at the same time produces a synergy between the combustion process and the economic utilization of the gaseous constituents through the further use of the gaseous constituents. This increases the overall cost-effectiveness of the pretreatment of fuels. As fuel here are understood all types of solid, liquid or gaseous fuels in which gaseous, non-combustible constituents are adsorbed, dissolved or mixed; In particular, these include fossil fuels such as coal, oil, natural gas or mine gas, as well as combustible waste laden with separable gas components, such as waste. Sewage sludge oa. All of these fuels often contain gas constituents which can be supplied for commercial use immediately or after appropriate treatment. As far as incombustible or hardly flammable gas components are concerned, their removal usually also leads to an improvement of the fuel quality.
Bevorzugt wird ein Gasstrom mit den abgetrennten Bestandteilen beladen, der anschließend einem Verfahren zur Gaszerlegung unterworfen wird, um die aus dem Brennstoff abgetrennten Bestandteile gewinnen zu können. Bevorzugt kann hierzu eine bereits vorhandene Luftzerlegungsanlage eingesetzt werden, wobei der Gasstrom entweder als Teilstrom in den Eingangsstrom der Luftzerlegungsanlage eingespeist wird, oder der Eingangsstrom der Luftzerlegungsanlage wird im Ganzen als Gasstrom, der mit den gasförmigen Bestandteilen beladen wird, genutzt. Im Falle dass die Luftzerlegungsanlage räumlich weit entfernt vom Standort der Brennstoffvorbehandlung aufgestellt ist, kann der beladene Gasstrom auch in Behälter abgefüllt, mittels Transportfahrzeugen zur Luftzerlegungsanlage transportiert und anschließend in den Eingangsstrom der Luftzerlegungsanlage eingespeist werden.Preferably, a gas stream is charged with the separated components, which is then subjected to a process for gas separation in order to win the separated from the fuel components. Preferably, for this purpose, an existing air separation plant can be used, wherein the gas stream is fed either as a partial stream in the input stream of the air separation plant, or the input stream of the air separation plant is used as a whole gas stream, which is loaded with the gaseous components. In the event that the air separation plant is located far away from the location of the fuel pretreatment, the loaded gas stream can also be filled into containers, transported by transport vehicles to the air separation plant and then fed into the input stream of the air separation plant.
Im Falle eines festen oder flüssigen Brennstoffs, wie beispielsweise Kohle oder Öl, erweist es sich als zweckmäßig, den Brennstoff zur Entfernung der gasförmigen Bestandteile einem Desorptionsprozess zu unterwerfen. Dazu wird der Brennstoff auf eine Temperatur erhitzt, bei der zumindest ein Teil der im Brennstoff adsorbierten gasförmigen Bestandteile desorbieren. Der Brennstoff wird anschließend mit einem Gasstrom, dem Desorptionsgas, in Kontakt gebracht, wobei der Gasstrom desorbierte gasförmige Bestandteile aufnimmt. Die Aufheizung des Brennstoffs kann dabei auch durch den Gasstrom erfolgen, der zuvor seinerseits entsprechend erwärmt worden ist. Der Gasstrom wird anschließend entweder direkt genutzt oder einzelne Bestandtele werden aus dem Gasstrom abgetrennt.In the case of a solid or liquid fuel, such as coal or oil, it proves useful to subject the fuel to remove the gaseous components to a desorption process. For this purpose, the fuel is heated to a temperature at which desorb at least a portion of the adsorbed in the fuel gaseous components. The fuel is then contacted with a gas stream, the desorption gas, which gas stream absorbs desorbed gaseous components. The heating of the fuel can also be effected by the gas flow, which in turn has been heated in turn accordingly. The gas stream is then either used directly or individual Bestandtele be separated from the gas stream.
Im Falle eines gasförmigen Brennstoffs, wie beispielsweise Erdgas oder Grubengas, kommt ein an sich bekanntes Verfahren zum Einsatz um den Brennstoff von den unbrennbaren oder schwer brennbaren Bestandteilen zu trennen, beispielsweise ein Membranverfahren oder ein kryogenes Verfahren, bei welchem die abzutrennenden Bestandteile oder der Brennstoff aus dem Gasstrom auskondensiert werden bzw. wird. Alternativ kann der gasförmige Brennstoff unmittelbar oder nach Bemischung von Frischluft einer Gaszerlegung zugeführt werden.In the case of a gaseous fuel, such as natural gas or mine gas, a per se known method is used to separate the fuel from incombustible or hardly combustible components, for example a membrane process or a cryogenic process in which the gases to be separated Constituents or the fuel from the gas stream are condensed or will. Alternatively, the gaseous fuel can be fed to a gas separation immediately or after mixing fresh air.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Gaszerlegungsverfahren gewonnener Sauerstoff zur Verbrennung des Brennstoffs eingesetzt wird. Hierdurch wird der Synergieeffekt zwischen der Abtrennung der gasförmigen Bestandteile und der Verbrennung weiter erhöht.An advantageous development of the invention provides that oxygen obtained in the gas separation process is used for combustion of the fuel. This further increases the synergistic effect between the separation of the gaseous constituents and the combustion.
Bevorzugt wird ein Gas, das im Gaszerlegungsverfahren gewonnen wurde, dazu genutzt, die vom Brennstoff abgetrennten Bestandteile aufzunehmen. Beispielsweise kann hierzu Stickstoff eingesetzt werden, der bei der Gaszerlegung gewonnen wurde.Preferably, a gas recovered in the gas separation process is used to receive the components separated from the fuel. For example, this can be used nitrogen, which was obtained in the gas separation.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dem zur Aufnahme der gasförmigen Bestandteile bestimmten Gasstrom Abgas aus der Verbrennung des Brennstoffes zuzuführen. Das Abgas des Verbrennungsprozesses wird also, bevorzugt nach der Entfernung von Kohlendioxid, zumindest teilweise im Kreis geführt und dem Gasstrom zur Aufnahme der gasförmigen Bestandteile beigemischt oder als solcher eingesetzt. Im Falle eines der Behandlung fester oder flüssiger Brennstoffe kann die Wärme des Abgases zugleich zum Erhitzen des Brennstoffes eingesetzt werden. Zwar ist die Zerlegung von Abgasen zum Zwecke der Darstellung von Edelgasen bereits aus der EP 0 469 781 A2 bekannt, durch den erfindungsgemäßen Einsatz des Abgases zur Behandlung von Brennstoffen vor seiner Verbrennung kann jedoch die Ausbeute an Edelgas wesentlich erhöht werden.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides for supplying the gas stream intended for receiving the gaseous constituents to exhaust gas from the combustion of the fuel. The exhaust gas of the combustion process is thus, at least partially recirculated, preferably after the removal of carbon dioxide, and admixed with the gas stream for receiving the gaseous constituents or used as such. In the case of treatment of solid or liquid fuels, the heat of the exhaust gas can be used at the same time for heating the fuel. Although the decomposition of exhaust gases for the purpose of the preparation of noble gases is already known from EP 0469781 A2, by the inventive use of the exhaust gas for the treatment of fuels before its combustion, however, the yield of noble gas can be substantially increased.
Um die Synergieeffekte bei der Behandlung fester oder flüssiger Brennstoffe weiter zu erhöhen, wird vorzugsweise bei der Gaszerlegung und/oder dem Verbrennungsprozess anfallende Abwärme zur Aufheizung des Gasstroms und/oder des Brennstoffs genutzt.In order to further increase the synergy effects in the treatment of solid or liquid fuels, waste heat arising during the gas separation and / or the combustion process is preferably used to heat the gas stream and / or the fuel.
Bevorzugt wird ein fossiler Brennstoff, wie Kohle, Erdöl, Erdgas oder Grubengas mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Die wirtschaftlich verwertbaren, aus dem Brennstoff abtrennbaren Gasbestandteile umfassen neben Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid insbesondere Edelgase. Beispielsweise ist Helium in Erdgas und Argon in Grubengas enthalten. Die Ausbeute an Edelgasen bei der üblichen Zerlegung von reiner Luft ist jedoch gering, weshalb die Luftzerlegung in der Regel nicht zur Gewinnung von Edelgasen (mit Ausnahme von Argon) herangezogen wird. Indem es gelingt, diese wertvollen Bestandteile dem Brennstoff zu entziehen und in einer wirtschaftlich verwertbaren Form darzustellen, wird die Wirtschaftlichkeit der Vorbehandlung des Brennstoffs wesentlich erhöht.Preferably, a fossil fuel, such as coal, petroleum, natural gas or mine gas is treated by the method according to the invention. The economically exploitable, separable from the fuel gas constituents include in addition to gases such as oxygen, nitrogen or carbon dioxide in particular noble gases. For example, helium is contained in natural gas and argon in mine gas. The yield of noble gases in the usual decomposition of pure air, however, is low, which is why the air separation is not usually used for the production of noble gases (with the exception of argon). By removing these valuable constituents from the fuel and presenting them in an economically useful form, the economics of pretreatment of the fuel are substantially increased.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Brennstoffen gelöst, mit einer Einrichtung zum Abtrennen gasförmiger Bestandteile aus dem Brennstoff und mit einer Einrichtung zum Einspeisen der gasförmigen Bestandteile aus den Brennstoffen in den Eingangskanal einer Gaszerlegungseinrichtung. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also gas- und dampfförmige Bestandteile, die im Brennstoff in adsorbierter, gelöster oder eingemischter Form vorliegen, mittels geeigneter Einrichtungen, beispielsweise Desorptionseinrichtungen, Stripper, Trennkolonnen, Kondensatoren oder Membrananlagen aus dem Brennstoff entfernt. Die gasförmigen Bestandteile bzw. ein mit den gasförmigen Bestandteilen beladene Gas wird anschließend, unverdünnt oder nach Beimengung von Frischluft, einem Verfahren zur Gaszerlegung unterworfen. Durch die Verwertung der dabei dargestellten Gase oder Gasgemische werden erhebliche Synergien mit dem Verbrennungsprozess gewonnen.The object of the invention is also achieved by a device for the pretreatment of fuels, with a device for separating gaseous components from the fuel and with a device for feeding the gaseous components from the fuels into the inlet channel of a gas separation device. In the apparatus according to the invention, therefore, gaseous and vaporous constituents which are present in the fuel in adsorbed, dissolved or mixed form are removed from the fuel by means of suitable devices, for example desorption devices, strippers, separation columns, condensers or membrane systems. The gaseous constituents or a gas laden with the gaseous constituents is then subjected to a gas separation process, either undiluted or after addition of fresh air. By exploiting the gases or gas mixtures shown here, considerable synergies are gained with the combustion process.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung zum Abtrennen der gasförmigen Bestandteile aus dem Brennstoff eine Desorptionseinrichtung, in der fester oder flüssiger Brennstoff erhitzt wird und dadurch gasförmige Bestandteile desorbieren. Die Desorptionseinrichtung ermöglicht die Anreicherung des Rohgases mit Edelgasen, die in der Trenneinrichtung anschließend in -im Vergleich zur reinen Lufttrennung - großen Mengen dargestellt und verwertet werden können. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einrichtung zur Erzeugung von Wärme und/oder Strom vor, umfassend ein Kraftwerk, in dem Brennstoff mit Sauerstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk mit einer Luftzerlegungseinrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff für die Verbrennung des Brennstoffs im Kraftwerk sowie mit einer der zuvor genannten Vorrichtung zur Vorbehandlung der im Kraftwerk verbrannten Brennstoffe wirkverbunden ist. Vor dem Hintergrund der immer dringlicher werdenden Reduktion von Treibhausgasemissionen, insbesondere von Kohlendioxid, wird in jüngerer Zeit der Einsatz von Luftzerlegungsanlagen im Umfeld von mit fossilen Brennstoffen, wie Kohle oder Erdgas betriebenen Kraftwerken diskutiert. Insbesondere wird dabei der bei der Luftzerlegung gewonnene Sauerstoff unmittelbar zur Verbrennung des fossilen Brennstoffs eingesetzt, um das bei der Verbrennung entstehende Kohlendioxid leichter aus dem Abgas entfernen zu können. Der in der Luftzerlegungsanlage erzeugte Stickstoff kann beispielsweise in der zuvor beschriebenen Weise als Desorptionsgas zur Vorbehandlung des eingesetzten Brennstoffes dienen, wodurch dessen Brennwert erhöht wird.Preferably, the means for separating the gaseous constituents from the fuel comprises a desorption device in which solid or liquid fuel is heated and thereby desorb gaseous constituents. The desorption allows the enrichment of the raw gas with noble gases, which can then be displayed in the separator in -im compared to pure air separation - large amounts and recycled. A particularly advantageous embodiment of the invention provides a device for generating heat and / or electricity, comprising a power plant, is burned in the fuel with oxygen, characterized in that the power plant with an air separation device for generating oxygen for the combustion of the fuel in Power plant and is operatively connected to one of the aforementioned device for the pretreatment of burned in the power plant fuels. Against the background of the ever more urgent reduction of greenhouse gas emissions, in particular of carbon dioxide, the use of air separation plants in the environment of fossil-fueled power plants, such as coal or natural gas, is being discussed recently. In particular, the oxygen obtained during the air separation is used directly for the combustion of the fossil fuel in order to be able to more easily remove the carbon dioxide formed during combustion from the exhaust gas. The nitrogen produced in the air separation plant can serve, for example, in the manner described above as a desorption gas for the pretreatment of the fuel used, whereby its calorific value is increased.
Besonders zweckmäßig ist dabei, die Vorrichtung zur Vorbehandlung der Brennstoffe zur Zuführung der gasförmigen Bestandteile mit der Gaszerlegungseinrichtung zu verbinden, also den zur Erzeugung des Sauerstoffs für die Verbrennung im Kraftwerk eingesetzten Luftzerlegungseinrichtung zugleich für die Gewinnung der gasförmigen Bestandteile im Brennstoff einzusetzen. Dadurch wird das Rohgas mit Edelgasen angereichert und die die Ausbeute an Edelgasen im Luftzerlegungsprozess also erhöht,It is particularly expedient to connect the device for the pretreatment of the fuels for supplying the gaseous components with the gas separation device, ie to use the air separation device used for generating the oxygen for combustion in the power plant at the same time for the recovery of gaseous components in the fuel. As a result, the crude gas is enriched with noble gases and thus increases the yield of noble gases in the air separation process,
Anhand der Zeichnungen sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:Reference to the drawings, embodiments of the invention will be explained in more detail. In schematic views show:
Fig. 1 : Eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Verbrennungsanlage in einer ersten Ausführungsform undFig. 1: equipped with a device according to the invention incinerator in a first embodiment and
Fig. 2 : Eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Verbrennungsanlage in einer zweiten Ausführungsform. Die in der Fig. 1 gezeigte Verbrennungsanlage 1 umfasst eine Verbrennungseinrichtung 2, beispielsweise die Brennkammer eines Kraftwerks, in der ein fossiler Energieträger, beispielsweise Kohle, Erdöl oder Erdgas, oder Müll verbrannt wird. Der Brennstoff wird über eine Brennstoffzuführung 3 zur Verbrennungseinrichtung 2 geführt. Über eine Oxidationsmittelleitung 4 wird ein Oxidationsmittel, im Ausführungsbeispiel Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas, in die Verbrennungseinrichtung 2 eingeleitet. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas wird über eine Abgasleitung 5 abgeführt. Um die Emission von Treibhausgasen zu verringern, kann das bei der Verbrennung entstehende Kohlendioxid in einer Trenneinrichtung 6 vom übrigen Abgas abgetrennt und entsorgt werden.Fig. 2: A equipped with a device according to the invention incinerator in a second embodiment. The combustion plant 1 shown in FIG. 1 comprises a combustion device 2, for example the combustion chamber of a power plant, in which a fossil energy source, for example coal, crude oil or natural gas, or waste is burned. The fuel is fed via a fuel supply 3 to the combustion device 2. An oxidant, in the exemplary embodiment oxygen or an oxygen-rich gas, is introduced into the combustion device 2 via an oxidant line 4. The exhaust gas produced during combustion is removed via an exhaust gas line 5. In order to reduce the emission of greenhouse gases, the resulting during combustion carbon dioxide can be separated and disposed of in a separator 6 from the rest of the exhaust gas.
Der bei der Verbrennung eingesetzte Sauerstoff wird in einer Luftzerlegungsanlage 7 erzeugt. In der Luftzerlegungsanlage 7 wird ein Rohgas, das über eine Rohgasleitung 8 herangeführt wird, in an sich bekannter Weise in seine Bestandteile zerlegt, welche anschließend über entsprechende Produktleitungen 4, 9,10,1 1 für Stickstoff (9), Sauerstoff (4), Argon (10), Neon (1 1 ), Helium (12), und gegebenenfalls Leitungen für weitere im Rohgas enthaltene Gase wie Krypton oder Xenon, abgeführt werden und für eine wirtschaftliche Verwertung zur Verfügung stehen.The oxygen used in the combustion is generated in an air separation plant 7. In the air separation plant 7, a raw gas, which is supplied via a crude gas line 8, decomposed in a conventional manner into its constituents, which then via corresponding product lines 4, 9,10,11 for nitrogen (9), oxygen (4), Argon (10), neon (1 1), helium (12), and optionally lines for other gases contained in the raw gas such as krypton or xenon, are discharged and available for economic recovery.
Um die Effizienz des Brennvorgangs zu verbessern und den Brennwert des in der Verbrennungseinrichtung 2 verbrannten Brennstoffs zu erhöhen, ist der Brennstoffzuführung 3 eine Desorptionseinrichtung 13 vorgeschaltet. In der Desorptionseinrichtung 13 wird der Brennstoff vor seiner Zuführung an die Verbrennungseinrichtung 2 erhitzt und mit einem Desorptionsgas, im Ausführungsbeispiel Luft, beaufschlagt, das über eine Desorptionsgasleitung 14 herangeführt wird. Durch das Erhitzen des Brennstoffes desorbieren zumindest teilweise die im Brennstoff enthaltenen Edelgase und weitere Spurengase, ebenso wie Sauerstoff und Wasser, und werden vom Desorptionsgasstrom mitgerissen. Die Aufheizung des Brennstoffs erfolgt entweder dadurch, dass der Brennstoff selbst und/oder das Desorptionsgas vor seiner Zuführung an den Brennstoff erhitzt wird. Als Energie zum Beheizen kann beispielsweise Restwärme genutzt werden, die beim Betrieb der Luftzerlegungsanlage 7 oder der Verbrennungseinrichtung 2 anfällt, beispielsweise kann hierzu die Eigenwärme des über die Abgasleitung 5 abgeführten Abgases genutzt werden. Das beladene Desorptionsgas wird in der Rohgasleitung 8 abgeführt, in einer an sich bekannten Einrichtung 15 zum Abscheiden von Wasser getrocknet und anschließend über die Rohgasleitung 8 der Luftzerlegungsanlage 7 zugeführt. Da das in die Luftzerlegungsanlage 7 eingebrachte Rohgas aufgrund des Desorptionsprozesses einen höheren Edelgasanteil als gewöhnliche Luft aufweist, können in der Luftzerlegungsanlage 7 entsprechend größere Mengen an Edelgasen gewonnen werden. Zudem kann, je nach Brennstoff, der Sauerstoffanteil aufgrund des Desorptionsprozesses erhöht sein, wodurch ein - im Vergleich zu Luft - deutlich höherer Anteil des Rohgases als Oxidationsmittel über die Oxidationsmittelleitung 4 der Verbrennungseinrichtung 2 zugeführt werden kann. Anstelle von Luft kann im Übrigen auch ein anderes Gas zur Desorption eingesetzt werden, beispielsweise ein Prozessgas, das in einem anderen Prozess im Umfeld der Verbrennungsanlage 1 anfällt.In order to improve the efficiency of the combustion process and to increase the calorific value of the fuel burned in the combustion device 2, the fuel supply 3 is preceded by a desorption device 13. In the desorption device 13, the fuel is heated before it is fed to the combustion device 2 and subjected to a desorption gas, in the exemplary embodiment air, which is introduced via a Desorptionsgasleitung 14. By heating the fuel desorb at least partially the noble gases contained in the fuel and other trace gases, as well as oxygen and water, and are entrained by the Desorptionsgasstrom. The fuel is heated up either by heating the fuel itself and / or the desorption gas before it is fed to the fuel. As energy for heating, for example, residual heat can be used, which is obtained during operation of the air separation unit 7 or the combustion device 2, for example, the heat of the exhaust gas discharged via the exhaust pipe 5 can be used for this purpose. The laden desorption gas is removed in the crude gas line 8, dried in a per se known device 15 for separating water and then fed via the crude gas line 8 of the air separation plant 7. Since the raw gas introduced into the air separation plant 7 has a higher noble gas content than ordinary air due to the desorption process, correspondingly larger amounts of noble gases can be obtained in the air separation plant 7. In addition, depending on the fuel, the oxygen content may be increased due to the desorption process, whereby a - compared to air - much higher proportion of the raw gas as oxidant via the oxidant line 4 of the combustion device 2 can be supplied. Incidentally, instead of air, it is also possible to use another gas for desorption, for example a process gas which is obtained in another process in the environment of the incineration plant 1.
In Fig. 2, in der gleich wirkende Teile der Anlage mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind, ist eine Variante zum vorgenannten Ausführungsbeispiel gezeigt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Verbrennungsanlage 20 wird als Desorptionsgas Stickstoff eingesetzt, der zuvor in der Luftzerlegungsanlage 7 gewonnen wurde. Dazu wird Luft über eine Luftzuleitung 21 nach Durchlaufen der Einrichtung 15 zum Abscheiden von Wasser in die Luftzerlegungsanlage 7 eingespeist und dort in ihre Bestandteile zerlegt. Der Sauerstoff wird, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel, über eine Sauerstoffleitung 4 der Verbrennungseinrichtung 2 zugeführt. Ein Teilstrom des bei der Zerlegung gewonnenen Stickstoffs wird aus der Stickstoffleitung 9 heraus und über eine Desorptionsgasleitung 23 zur Desorptionseinrichtung 13 geführt. Nach dem Desorptionsvorgang wird der mit Edelgasen und anderen gasförmigen Stoffen beladene Stickstoff dem in der Leitung 21 herangeführten Frischluftstrom und mit diesem der Luftzerlegungsanlage 7 zugeführt. Auch hier ergibt sich nach der Zerlegung eine höhere Ausbeute an Edelgasen als dies bei der Zerlegung reiner Luft der Fall wäre.In Fig. 2, in the same-acting parts of the system are designated by the same reference numerals as in Fig. 1, a variant of the aforementioned embodiment is shown. In the combustion plant 20 shown in FIG. 2, nitrogen is used as desorption gas, which was previously obtained in the air separation plant 7. For this purpose, air is fed via an air supply line 21 after passing through the device 15 for separating water into the air separation plant 7 and there decomposed into its components. The oxygen is, as in the previous embodiment, supplied via an oxygen line 4 of the combustion device 2. A partial flow of the nitrogen obtained during the decomposition is led out of the nitrogen line 9 and via a desorption gas line 23 to the desorption device 13. After the desorption process, the nitrogen laden with noble gases and other gaseous substances is fed to the fresh air stream brought in line 21 and with it to the air separation plant 7. Here, too, results after decomposition, a higher yield of noble gases than would be the case with the decomposition of pure air.
Eine andere, nicht gezeigte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Abgas aus der Verbrennungseinrichtung 2 nach der Abtrennung des Kohlendioxids in der Trenneinrichtung 6 ganz oder teilweise dem Desorptionsgas beizumischen. Dadurch werden beim Verbrennungsvorgang freiwerdende Edelgasanteile ebenfalls dem Prozess der Gaszerlegung unterworfen. Zudem kann die Eigenwärme des Abgases zur Erhitzung des Brennstoffs genutzt werden.Another, not shown embodiment of the invention provides, the exhaust gas from the combustion device 2 after the separation of the carbon dioxide in the separator 6 wholly or partially admix the desorption gas. Thereby Are also released during the combustion process noble gas fractions also subjected to the process of gas separation. In addition, the natural heat of the exhaust gas can be used to heat the fuel.
Die Erfindung ist freilich nicht auf die angegebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Einsatz bei allen Prozessen, bei denen die Abtrennung von Edelgas oder anderen Spurengasen aus Brennstoffen wirtschaftlich sinnvoll zu realisieren ist. The invention is of course not limited to the specified embodiments. The inventive method is suitable for use in all processes in which the separation of noble gas or other trace gases from fuels is economically feasible.
BezuqszeichenlisteLIST OF REFERENCES
1. Verbrennungsanlage1. incinerator
2. Verbrennungseinrichtung2. Incinerator
3. Brennstoffzuführung3. Fuel supply
4. Oxidationsmittelleitung4. Oxidizer line
5. Abgasleitung5. exhaust pipe
6. Trenneinrichtung (für Kohlendioxid)6. Separator (for carbon dioxide)
7. Luftzerlegungsanlage7. Air separation plant
8. Rohgasleitung8. crude gas line
9. Produktleitung für Stickstoff9. Product line for nitrogen
10. Produktleitung für Argon10. Product line for argon
11. Produktleitung für Neon11. Product line for neon
12. Produktleitung für Helium12. Product line for helium
13. Desorptionseinrichtung13. Desorption
14. Desorptionsgasleitung14. desorption gas line
15. Wasserabscheider15. Water separator
16. —16. -
17. —17. -
18. —18. -
19. —19. -
20. Verbrennungsanlage20. Incinerator
21. Luftzuleitung21. Air supply
22. -22. -
23. Desomtionsαasleitunα 23. Desomtionsαasleitunα

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Vorbehandlung von Brennstoffen, bei dem aus dem Brennstoff vor seiner Verbrennung unbrennbare oder schwer brennbare, gas- und dampfförmige Bestandteile abgetrennt und anschließend einer weiteren Nutzung zugeführt werden.1. A process for the pretreatment of fuels, wherein from the fuel prior to its combustion incombustible or poorly combustible, gaseous and vaporous components are separated and then fed to a further use.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom mit den gasförmigen Bestandteilen beladen und anschließend zwecks Darstellung der gasförmigen Bestandteile einem Verfahren zur Gaszerlegung unterzogen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a gas stream is loaded with the gaseous components and then subjected to a process for gas separation for the purpose of displaying the gaseous components.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein fester oder flüssiger Brennstoff zur Abtrennung gasförmiger Bestandteile erhitzt und mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht wird, wobei die abgetrennten gasförmigen Bestandteile zumindest teilweise vom Gasstrom aufgenommen werden.3. The method according to claim 2, characterized in that a solid or liquid fuel for the separation of gaseous components is heated and brought into contact with the gas stream, wherein the separated gaseous components are at least partially absorbed by the gas stream.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaszerlegungsverfahren gewonnener Sauerstoff zur Verbrennung des Brennstoffs eingesetzt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that in the gas separation process obtained oxygen is used for combustion of the fuel.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaszerlegungsverfahren gewonnenes Gas, beispielsweise Stickstoff, dem Gasstrom zur Aufnahme gasförmiger Bestandteile zugeführt wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that gas obtained in the gas separation process, for example nitrogen, the gas stream is supplied to receive gaseous components.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den zur Aufnahme der gasförmigen Bestandteile bestimmten Gasstrom Abgas aus der Verbrennung des Brennstoffes eingespeist wird.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that in the gas stream intended for receiving the gaseous components, exhaust gas from the combustion of the fuel is fed.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gaszerlegung und/oder dem Verbrennungsprozess anfallende Abwärme zur Aufheizung des Gasstroms und/oder des Brennstoffs genutzt wird. 7. The method according to claim 3, characterized in that in the gas separation and / or the combustion process occurring waste heat for heating the gas stream and / or the fuel is used.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Vorbehandlung eines der Brennstoffe Kohle, Erdöl, Erdgas oder Grubengas.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the pretreatment of one of the fuels coal, petroleum, natural gas or mine gas.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gasförmigen Bestandteilen Edelgas gewonnen wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that is obtained from the gaseous components noble gas.
10. Vorrichtung zur Vorbehandlung von Brennstoffen, mit einer Einrichtung (13) zum Abtrennen gasförmiger Bestandteile aus dem Brennstoff und einer Einrichtung zum Zuführen der gasförmigen Bestandteile aus den Brennstoffen in den Eingangsstrom einer Gaszerlegungseinrichtung (7).10. A device for pretreatment of fuels, comprising means (13) for separating gaseous components from the fuel and means for supplying the gaseous components from the fuels in the input stream of a gas separation device (7).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abtrennung der gasförmigen Bestandteile eine Einrichtung (13) zur Desorption der gasförmigen Bestandteile aus festen Brennstoffen umfasst.11. The device according to claim 10, characterized in that the means for separating the gaseous components comprises means (13) for desorption of the gaseous components from solid fuels.
12. Einrichtung zur Erzeugung von Wärme und/oder Strom, umfassend ein Kraftwerk, in dem Brennstoff mit Sauerstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk mit einer Gaszerlegungseinrichtung (7) zur Erzeugung von Sauerstoff für die Verbrennung des Brennstoffs im Kraftwerk sowie mit einer Vorrichtung zur Vorbehandlung der im Kraftwerk verbrannten Brennstoffe nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 wirkverbunden ist.12. A device for generating heat and / or electricity, comprising a power plant, is combusted in the fuel with oxygen, characterized in that the power plant with a gas separation device (7) for generating oxygen for the combustion of the fuel in the power plant and with a Apparatus for pretreatment of burned in the power plant fuels according to any one of claims 10 or 1 1 is operatively connected.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Vorbehandlung der Brennstoffe zur Zuführung der gasförmigen Bestandteile mit der Gaszerlegungseinrichtung (7) wirkverbunden ist. 13. Device according to claim 12, characterized in that the device for pretreatment of the fuels for supplying the gaseous components with the gas separation device (7) is operatively connected.
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