EP2286072A2 - Modified gas and steam turbine process having integrated coal gasification under pressure - Google Patents

Modified gas and steam turbine process having integrated coal gasification under pressure

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EP2286072A2
EP2286072A2 EP09757167A EP09757167A EP2286072A2 EP 2286072 A2 EP2286072 A2 EP 2286072A2 EP 09757167 A EP09757167 A EP 09757167A EP 09757167 A EP09757167 A EP 09757167A EP 2286072 A2 EP2286072 A2 EP 2286072A2
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EP
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gas
synthesis gas
turbine
combustion
slag
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09757167A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Abraham
Domenico Pavone
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Uhde GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of synthesis gas from a carbonaceous fuel, such as all types of coals, coke, petrol coke, biomass, but also emulsions, Orimulsion, etc. and its combustion to generate heat and energy.
  • a carbonaceous fuel such as all types of coals, coke, petrol coke, biomass, but also emulsions, Orimulsion, etc. and its combustion to generate heat and energy.
  • the process according to the invention makes it easy to purify synthesis gas without further cooling down and to use its heat and pressure energy initially for generating electricity and its chemical energy via a conventional combined process for generating electricity.
  • Through the intermediate purification of the synthesis gas the production of electricity through an additional turbine is possible without it being possible for the turbines to be damaged by corrosive components.
  • the invention also relates to a device with which this method can be implemented.
  • DE 1020 07063118 A1 describes a process for purifying a synthesis gas by bringing it into contact with getter ceramics, wherein the synthesis gas is passed without prior cooling into a slag separation device in which slag droplets are withdrawn as liquid slag.
  • the Schlackeabscheidevoriques can be made as a cyclone-like device or as a packed bed of an inert material, in which the slag is separated from the gas.
  • the synthesis gas produced is used for the production of chemical products.
  • the pressure energy from the combustion is used optimally.
  • the heat of the combustion gas expanded through the turbine is then used for the generation of steam.
  • the steam drives a steam turbine with which electricity can be generated. This process - the simultaneous use of the combustion energy of combustion and the generation of steam to drive a steam turbine - is commonly referred to as a combi process.
  • the gas used in this case must be free of corrosive constituents.
  • many technical gases used to generate energy are not.
  • synthesis gas produced in a coal gasification process still contains a larger amount of molten slag directly behind the gasification plant part.
  • halogen compounds such as alkali vapors or hydrogen halides.
  • This is associated with problems in the use of a turbine upstream of the combustion process.
  • the aggressive components in the synthesis gas can damage the turbine blades, the turbine shaft or the bearings.
  • purified gases must be used when using upstream turbines.
  • the purification of synthesis gas is associated with great expense.
  • the synthesis gas obtained must be cooled down for this purpose and passed through a gas scrubber. After gas scrubbing, a purified gas is obtained, which may need to be reheated for incineration. This is associated with high costs.
  • gas scrubbing processes require a high expenditure on equipment.
  • the process for generating electricity is preferably a combined process which uses the combustion gases in two stages to generate electricity.
  • Such systems have a high efficiency when properly constructed.
  • the fuel can be better utilized.
  • a larger number of fuels can be used in the production of synthesis gas with downstream combustion.
  • the invention solves this problem by the provision of an integrated method for hot cleaning of a synthesis gas.
  • the synthesis gas is passed through a slag and alkali separating device after manufacture.
  • the slag-separating device may be of any type, but preferably a cyclone-type device is used.
  • the alkali-ion or alkali-removing device is a getter ceramic, which is preferably accommodated in a container through which the gas to be purified flows. It is also possible to add the gettering ceramic already for the deposition of the alkali ions or alkalis to the fuel.
  • the invention also provides an apparatus for carrying out this method.
  • the method is particularly well suited for providing electricity from synthesis gas in a combined process, it is also possible to use this method for the combustion of synthesis gas with the purpose of the simple generation of steam and the production of electricity. In this case, the investment costs are reduced by saving a gas turbine.
  • the entire process is preferably also equipped with a gas turbine that uses the combustion pressure energy.
  • the method thus uses the pressure energy from the production of the heating gas, from the combustion and from the generation of steam.
  • both pressure and heat are used to generate energy.
  • Claimed is in particular a process for the production and combustion of synthesis gas by gasification with air or oxygen or oxygen-enriched air with a possible proportion of water vapor, wherein
  • a solid or liquid fuel is added to a reactor in which the fuel is reacted with air or oxygen or oxygen-enriched air and with water vapor at elevated temperature to a synthesis gas consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide, and
  • the synthesis gas is passed without prior cooling into a slag separation apparatus in which slag droplets agglomerate and are withdrawn as liquid slag and the gaseous alkalis and hydrogen chloride contained in the synthesis gas are removed from the synthesis gas by contacting with gettering ceramic, and
  • the synthesis gas is then burned and relaxed in one of the downstream process stages of a gas turbine and the combustion gases are used to drive a turbine and to generate steam.
  • the process steps of the deposition of slag and alkali are preferably carried out in succession after the process of coal gasification.
  • the deposition of the slag takes place in a cyclone-like device in which the gas performs a circular movement, so that a large part of the slag is excreted by centrifugal forces.
  • the alkali-separating device may be of any kind.
  • getter ceramics are used in the form of any geometric shapes that filter out the corrosive alkalis from the synthesis gas.
  • the gettering ceramic can also be given in the form of fine particles for synthesis gas production. In this way, the alkalis are already filtered out of the process in the gasification chamber.
  • the synthesis gas can be passed through an expansion turbine. It is a turbine for generating rotational energy with gas pressure. This can be of any kind. Depending on the operating pressure of the gasification, it can be, for example, a high-pressure or low-pressure turbine. In this way you can adapt the turbine to the process. By the deposition of slag and alkalis, the expansion turbine has a significantly increased life. The turbine can thus be designed cheaper and has significantly extended maintenance intervals.
  • the gas After the expansion of the gas by passing through the expansion turbine, the gas is passed to the combustion. Depending on the purity of the gas, it may be necessary to supply this additional gas cleaning by a gas scrubber. Gas scrubbing is particularly necessary if the coal used is very sulphurous and the sulfur must be removed from the combustion gas.
  • the gas scrubbing is carried out by the usual gas scrubbing methods and is exemplified by a physical solvent.
  • An example of a suitable method is the WO 2005054412 Al It is also possible to use a chemical solvent.
  • a solid chemical sorbent This is particularly useful if the exhaust gas has to be particularly low in sulfur.
  • the rotational energy of the turbine can be used to generate electricity. However, this can also be used to drive plant components, such as Pumps or
  • the driven compressor may compress the air to carry out coal gasification or combustion.
  • the air separation plant operated with oxygen from an air separation plant, so the air separation plant can be driven with the turbine.
  • this can also be done partially, ie with branches of rotational energy for the partial generation of electricity.
  • the process for generating electricity is a combined process. This uses both the pressure energy of the gas after combustion to drive a turbine and the generated steam. After passing through the gas turbine, a boiler is heated in which feed water is evaporated. The generated steam is under pressure and can drive a turbine. When passing through the turbine or turbines, the steam is largely relaxed. After relaxing, the steam is condensed in a preferred embodiment and reused as feed water. However, the combustion gas can be burned directly and used to generate steam. Although the system costs are lower, the efficiency of the entire process is also lower overall.
  • the turbines can be used to generate electricity. But it is also possible to use these for driving system parts such as compressors or pumps.
  • the process for producing the synthesis gas can be of any kind. As fuel all solid and liquid carbonaceous fuels are considered. These may be, for example, all types of coal, carbon emulsion, orimulsions, petroleum coke, biofuels or plastics in comminuted form.
  • the method may also include preparatory steps such as storing, grinding, and squeezing the fuel.
  • the coal gasification is carried out in a typical embodiment at 800 to 1800 0 C.
  • a typical pressure to carry out the coal gasification is a pressure of 0.1 to 10 MPa. This can fluctuate during the course of the process.
  • a device with which the method according to the invention can be carried out This naturally consists of several plant components, as they are often found in Kraftwerksbau.
  • Claimed in particular is an apparatus for the production and combustion of synthesis gas, which consists of a coal gasification reactor which is suitable for the gasification of carbonaceous fuels at high temperatures, wherein the coal gasification reactor is followed by a purification unit for the purification of the synthesis gas, which consists of a depositing device and consists of an alkali-separating device, and the cleaning unit for purifying the synthesis gas is followed by an expansion turbine, and the gas flowing from the expansion turbine gas is passed in one of the subsequent process steps in the combustion chamber of a gas turbine, where the synthesis gas can be burned and the combustion unit is followed by a gas turbine powered by the combustion gas to generate electricity, and the combustion gas is supplied to a steam generator which generates steam, which is then passed into a steam turbine generating power.
  • the device according to the invention includes a gas turbine for generating energy from the combustion of the useful gas.
  • the coal gasification reactor for producing the synthesis gas may be of any kind.
  • the slag-separating device consists of a cyclone-like device. This uses the centrifugal forces of the gas to separate the slag droplets. This contains a discharge nozzle and a discharge device for the slag. It is also possible to use a packed bed of a slag-resistant material. To carry out the slag, the bed then advantageously contains a discharge device for liquid slag.
  • the fill typically consists of a granular material of, for example, oxide or non-oxide ceramics or a mixture of these two ceramics.
  • the alkali separating device is preferably housed in a container containing getter ceramic.
  • getter ceramic typically consists of silicon dioxide or silicates or aluminates or aluminum oxide.
  • the gettering ceramic may also consist of a mixture of these substances or be a compound of a mixture of these substances.
  • the gettering ceramic must have a good absorption capacity for alkalis and halides. It should advantageously also be able to absorb alkaline earth halides or halide hydrogens. This can be used as a ballast, as a grid, in
  • the device may also contain a gas scrubber.
  • a gas scrubber typically located in the process flow between the expansion turbine and the combustion. This is with the ones for it equipped devices and equipment. It is also possible to install system parts for the addition of chemical sorbents at this point. Examples of suitable chemical sorbents are limestone, dolomite or alkaline earth hydroxides. However, transition metal-containing compounds may also be considered.
  • the device according to the invention can contain all plant parts that are necessary for a power plant construction. These may be pumps, valves, compressors or vacuum generating devices. But these can also be heaters or cooling devices or heat exchangers.
  • the turbines in the process can be of any kind. These can be radial or axial turbines. Depending on the pressure of the relaxing gas, these are high-pressure or low-pressure turbines, which differ in the blade arrangement and blade density. The choice of the appropriate turbine is left to the person skilled in the art. But it is also possible to switch the turbines and compressors in a Einwellenan- order with the generator. By this design, the control of the turbine set is easier and the design saves space and significantly cheaper.
  • the steam generating unit also contains all the necessary devices. These can be steam boilers and evaporators of all possible types. Also typically encountered components that are widely used, such as centrifugal water and superheater may be part of the device according to the invention. These are also drive shafts and generators.
  • the inventive method offers the possibility to achieve power generation with a very high efficiency.
  • the process requires no elaborate combustion devices, but allows a space-saving process via a coal gasification.
  • gas-cleaning devices By integrating gas-cleaning devices as required, it is also possible to achieve a very low emission exhaust gas.
  • FIG. 1 shows the process flow of a method according to the invention.
  • a coal gasification reactor (1) a carbonaceous fuel is added. The- This is mixed with an oxygen-containing gas (2) and, if necessary, with steam (3), so that the fuel is converted into generator gas or synthesis gas.
  • the coal gasification reactor from a compressor (19) with combustion air (4) can be acted upon or is supplied with oxygen (2a) from an air decomposition (2b).
  • the air separation plant (2b) can also be supplied with air (4) from the compressor (19).
  • This is placed in a slag-separating device (6). It is freed from the liquefied slag particles.
  • the precipitated slag (7) is obtained.
  • the synthesis gas freed from liquid slags is carried on (8) and enters an alkali-separating device (9) with a getter ceramic (10).
  • the purified and alkalis-free synthesis gas (11) then drives an expansion turbine
  • the expanded synthesis gas (14) enters a gas purification (15). There it is freed from the unwanted foreign gases. Subsequently, the synthesis gas is burned in a combustion chamber (16). The hot exhaust gas (16a), which flows through a turbine (17), is obtained. The turbine drives a generator (18) and a compressor (19). The generator (18) generates electricity. Compressed air (4) is obtained by the compressor for the combustion process (4a), the air separation (4b) or the gasification process (4c). This entire unit forms part of plant B (gas purification and combustion).
  • the exhaust gas (20) from the gas turbine enters a steam generator (21).
  • steam (22) is generated, which drives a turbine (23).
  • the steam enters a condenser (24), is liquefied and returned to the process.
  • a generator (25) is driven, which supplies power.
  • the gas (26) flowing out of the steam generator is discharged and optionally supplied for cleaning. This entire unit forms the plant part C (steam generation).
  • Compressed air a Compressed air for combustion b Compressed air for air separation plant c Compressed air to the coal gasification reactor

Abstract

The invention relates to a method for producing, purifying, and burning syngas for generating electrical energy. The syngas is generated from a solid, carbonaceous fuel using an oxygenic gas and purified by slag extraction and alkali extraction. After purifying, the syngas produced enters an expansion turbine, where the pressure energy is used for generating electricity. The expansion turbine is protected against corrosion and mechanical attack by the purification and alkali separation. The expanded syngas is then burned under pressure, and the combustion is used for generating electricity in a combined cycle process using a gas turbine, steam generation, and a steam turbine. The process thus has a high level of efficiency. The invention further relates to a device for performing the method according to the invention.

Description

Modifizierter Gas- und Dampfturbinenprozess mit integrierter Kohledruckvergasung Modified gas and steam turbine process with integrated coal gasification
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, wie etwa alle Arten von Kohlen, Koks, Petrol- koks, Biomasse, aber auch Emulsionen, Orimulsion, etc. und dessen Verbrennung zur Erzeugung von Wärme und Energie. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich Synthesegas ohne weiteres Herunterkühlen leicht reinigen und dessen Wärme- und Druckenergie zunächst zur Erzeugung von Strom und dessen chemische Energie über einen konventionellen Kombi-Prozess zur Erzeugung von Strom nutzen. Durch die zwischengeschaltete Reinigung des Synthesegases ist die Gewinnung von Strom durch eine zusätzliche Turbine möglich, ohne dass es zur Beschädigung der Turbinen durch korrosive Bestandteile kommen kann. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, mit der sich dieses Verfahren umsetzen lässt.The invention relates to a process for the production of synthesis gas from a carbonaceous fuel, such as all types of coals, coke, petrol coke, biomass, but also emulsions, Orimulsion, etc. and its combustion to generate heat and energy. The process according to the invention makes it easy to purify synthesis gas without further cooling down and to use its heat and pressure energy initially for generating electricity and its chemical energy via a conventional combined process for generating electricity. Through the intermediate purification of the synthesis gas, the production of electricity through an additional turbine is possible without it being possible for the turbines to be damaged by corrosive components. The invention also relates to a device with which this method can be implemented.
[0002] Bei der Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenstoffhaltigen Brenn- stoff wird der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft mit einem möglichem Anteil an Wasserdampf in einem hierzu geeigneten Reaktor umgesetzt. Bei diesem Prozess fallen neben dem Synthesegas auch mineralische Schlacken an, die in der Regel aus Aerosolen oder Tröpfchen bestehen. Einige dieser Flüssigkeiten verdampfen teilweise und bilden Alkaliendämpfe sowie Chlorwasserstoff. Für die weitere Verwendung sind diese meist sehr störend, da sie die Anlagenteile der weiteren Prozesseinrichtungen beschädigen oder beeinträchtigen können.In the production of synthesis gas from a carbonaceous fuel, the fuel is reacted with air or oxygen or oxygen-enriched air with a possible amount of water vapor in a reactor suitable for this purpose. In addition to the synthesis gas, this process also produces mineral slags, which usually consist of aerosols or droplets. Some of these liquids partially evaporate and form alkali vapors as well as hydrogen chloride. For further use, these are usually very disturbing because they can damage or affect the equipment parts of the other process equipment.
[0003] Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das hergestellte Synthesegas von den mitgeführten Fremdbestandteilen zu reinigen. Die DE 1020 07063118 A1 beschreibt einen Prozess zur Reinigung eines Synthesegases durch In-Kontakt-Bringen mit Get- terkeramik, wobei das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen als flüssige Schlacke abgezogen werden. Die Schlackeabscheidevorrichtung kann dabei als zyklonartige Vorrichtung oder als Schüttschicht aus einem inerten Material geartet sein, in der sich die Schlacke aus dem Gas abscheidet.For this reason, it is advantageous to purify the synthesis gas produced by the entrained impurities. DE 1020 07063118 A1 describes a process for purifying a synthesis gas by bringing it into contact with getter ceramics, wherein the synthesis gas is passed without prior cooling into a slag separation device in which slag droplets are withdrawn as liquid slag. The Schlackeabscheidevorrichtung can be made as a cyclone-like device or as a packed bed of an inert material, in which the slag is separated from the gas.
[0004] Durch diese Art der Reinigung ist kein Herunterkühlen oder Entspannen des Synthesegases notwendig, so dass dessen Druck- und Wärmeenergie zum Antrieb einer Entspannungsturbine genutzt werden kann. Erst danach gelangt das Synthesegas in einen Prozess, der das erzeugte Synthesegas auf verschiedenste Art und Weise nutzt. Durch die zusätzliche Turbine wird die Druck- und Wärmeenergie des Synthesegases nach der Herstellung besser genutzt, so dass sich der Wirkungsgrad des Prozesses zur Erzeugung von Strom aus Synthesegas erheblich verbessert. Die mechanische Energie kann beispielhaft zur Erzeugung von Strom genutzt werden.By this type of cleaning no cooling down or relaxing the synthesis gas is necessary so that its pressure and heat energy can be used to drive a relaxation turbine. Only then does the synthesis gas go into a process that produces the synthesis gas in various ways Way uses. Due to the additional turbine, the pressure and heat energy of the synthesis gas is better utilized after production, so that the efficiency of the process for generating stream of synthesis gas improves significantly. The mechanical energy can be used as an example for generating electricity.
[0005] Häufig wird das erzeugte Synthesegas zur Herstellung von chemischen Produkten verwendet. Es ist jedoch auch möglich, das so hergestellte Synthesegas zu verbrennen, um mit dem erzeugten Verbrennungsgas zunächst eine Gasturbine anzutreiben. Dadurch wird die Druckenergie aus der Verbrennung optimal genutzt. Die Wärme des durch die Turbine entspannten Verbrennungsgases wird danach zur Er- zeugung von Dampf genutzt. Der Dampf treibt eine Dampfturbine an, mit der Strom erzeugt werden kann. Dieser Prozess - die gleichzeitige Nutzung der Druckenergie einer Verbrennung und die Erzeugung von Dampf zum Antrieb einer Dampfturbine - wird gemeinhin als Kombi-Prozess bezeichnet.Frequently, the synthesis gas produced is used for the production of chemical products. However, it is also possible to burn the syngas thus produced in order to first drive a gas turbine with the combustion gas produced. As a result, the pressure energy from the combustion is used optimally. The heat of the combustion gas expanded through the turbine is then used for the generation of steam. The steam drives a steam turbine with which electricity can be generated. This process - the simultaneous use of the combustion energy of combustion and the generation of steam to drive a steam turbine - is commonly referred to as a combi process.
[0006] Prozesse zur Herstellung von Synthesegas mit dem Zweck der Verbren- nung zur Erzeugung von Strom in einem Kombi-Prozess sind vorbekannt. Die US 6233916 B1 beschreibt einen Prozess zur Erzeugung von elektrischem Strom, in dem die Druckenergie des Heizgases zum Antrieb einer Turbine genutzt wird. Die Wärme des Heizgases kann nach der Entspannung durch ein System von Wärmetauschern genutzt werden. Das Brenngas kann dabei beliebig geartet sein. Dies kann beispiels- weise Erdgas sein, oder ein Nutzgas aus der chemischen Industrie, das einer Verbrennung zugeführt wird. Durch diesen Prozess können die Druck- und Wärmeenergie des Heizgases besser genutzt werden. Der Prozess beinhaltet auch eine nachfolgende Dampf- und Stromerzeugung.[0006] Processes for the production of synthesis gas with the purpose of combustion for generating electricity in a combi process are previously known. US 6233916 B1 describes a process for generating electrical current, in which the pressure energy of the heating gas is used to drive a turbine. The heat of the heating gas can be used after the relaxation by a system of heat exchangers. The fuel gas can be arbitrary. This can be, for example, natural gas, or a useful gas from the chemical industry, which is sent to combustion. Through this process, the pressure and heat energy of the heating gas can be better utilized. The process also includes subsequent steam and power generation.
[0007] Das hierbei genutzte Gas muß frei von korrosiven Bestandteilen sein. Viele technische Gase, die zur Erzeugung von Energie genutzt werden, sind dies jedoch nicht. Insbesondere Synthesegas, das in einem Kohlevergasungsprozess hergestellt wurde, enthält direkt hinter dem Anlagenteil zur Vergasung noch eine größere Menge an geschmolzener Schlacke. Hinzu kommen insbesondere auch Halogenverbindungen wie Alkalidämpfe oder Halogenwasserstoffe. Dies ist bei der Verwendung einer dem Verbrennungsprozess vorgeschalteten Turbine mit Problemen verbunden. Durch die aggressiven Bestandteile in dem Synthesegas kann es zu einer Beschädigung der Turbinenschaufeln, der Turbinenwelle oder der Lager kommen. Aus diesem Grund müssen bei der Verwendung von vorgeschalteten Turbinen gereinigte Gase verwendet werden. [0008] Die Reinigung von Synthesegas ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden. Das erhaltene Synthesegas muß hierfür heruntergekühlt werden und durch einen Gaswäscher geleitet werden. Nach der Gaswäsche erhält man ein gereinigtes Gas, das für die Verbrennung möglicherweise wieder aufgeheizt werden muss. Dies ist mit hohen Kosten verbunden. Zudem benötigen Gaswasch prozesse einen hohen apparativen Aufwand.The gas used in this case must be free of corrosive constituents. However, many technical gases used to generate energy are not. In particular, synthesis gas produced in a coal gasification process still contains a larger amount of molten slag directly behind the gasification plant part. In addition, in particular, halogen compounds such as alkali vapors or hydrogen halides. This is associated with problems in the use of a turbine upstream of the combustion process. The aggressive components in the synthesis gas can damage the turbine blades, the turbine shaft or the bearings. For this reason, purified gases must be used when using upstream turbines. However, the purification of synthesis gas is associated with great expense. The synthesis gas obtained must be cooled down for this purpose and passed through a gas scrubber. After gas scrubbing, a purified gas is obtained, which may need to be reheated for incineration. This is associated with high costs. In addition, gas scrubbing processes require a high expenditure on equipment.
[0009] Es besteht deshalb die Aufgabe, eine einfache Reinigungsmethode für Synthesegas zur Verfügung zu stellen, die in den Prozess integriert ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Prozess zur Stromerzeugung um einen Kombiprozess, der die Verbrennungsgase zweistufig zur Stromerzeugung nutzt. Solche Anlagen besitzen bei fachgerechter Konstruktion einen hohen Wirkungsgrad. Durch die Verwendung eines Kohlevergasungsprozesses läßt sich der Brennstoff besser verwerten. Zudem kann bei der Erzeugung von Synthesegas mit nachgeschalteter Verbrennung eine größere Anzahl an Brennstoffen verwendet werden.There is therefore the object to provide a simple purification method for synthesis gas available, which is integrated into the process. The process for generating electricity is preferably a combined process which uses the combustion gases in two stages to generate electricity. Such systems have a high efficiency when properly constructed. By using a coal gasification process, the fuel can be better utilized. In addition, a larger number of fuels can be used in the production of synthesis gas with downstream combustion.
[0010] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Zurverfügungstellung eines integrierten Verfahrens zur heißen Reinigung eines Synthesegases. Das Synthesegas wird nach der Herstellung durch eine schlacke- und alkalienabscheidende Vorrichtung geleitet. Die schlackeabscheidende Vorrichtung kann beliebig geartet sein, bevorzugt wird jedoch eine zyklonartige Vorrichtung verwendet. Die alkaliionen- oder alkalienab- scheidende Vorrichtung ist eine Getterkeramik, die bevorzugt in einem von dem zu reinigenden Gas durchströmten Behälter untergebracht ist. Es ist auch möglich, die Getterkeramik zum Abscheiden der Alkaliionen oder Alkalien bereits dem Brennstoff zuzugeben. Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens zur Verfügung.The invention solves this problem by the provision of an integrated method for hot cleaning of a synthesis gas. The synthesis gas is passed through a slag and alkali separating device after manufacture. The slag-separating device may be of any type, but preferably a cyclone-type device is used. The alkali-ion or alkali-removing device is a getter ceramic, which is preferably accommodated in a container through which the gas to be purified flows. It is also possible to add the gettering ceramic already for the deposition of the alkali ions or alkalis to the fuel. The invention also provides an apparatus for carrying out this method.
[0011] Obwohl sich das Verfahren besonders gut zur Bereitstellung von Elektrizität aus Synthesegas in einem Kombiprozess eignet, ist es auch möglich, dieses Verfahren zur Verbrennung von Synthesegas mit dem Zweck der einfachen Erzeugung von Dampf und der Gewinnung von Elektrizität zu nutzen. In diesem Fall reduzieren sich die Investitionskosten durch Einsparung einer Gasturbine. Um einen höheren Wir- kungsgrad zu erzielen, ist der gesamte Prozess jedoch bevorzugt auch mit einer Gasturbine ausgestattet, die die Druckenergie der Verbrennung nutzt. In einer idealen Ausführungsform nutzt das Verfahren somit die Druckenergie aus der Herstellung des Heizgases, aus der Verbrennung und aus der Erzeugung von Dampf. In der Gasturbine werden sowohl Druck als auch Wärme zur Energieerzeugung eingesetzt. [0012] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung und Verbrennung von Synthesegas durch Vergasung mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft mit einem möglichem Anteil an Wasserdampf, wobeiAlthough the method is particularly well suited for providing electricity from synthesis gas in a combined process, it is also possible to use this method for the combustion of synthesis gas with the purpose of the simple generation of steam and the production of electricity. In this case, the investment costs are reduced by saving a gas turbine. However, in order to achieve higher efficiency, the entire process is preferably also equipped with a gas turbine that uses the combustion pressure energy. In an ideal embodiment, the method thus uses the pressure energy from the production of the heating gas, from the combustion and from the generation of steam. In the gas turbine both pressure and heat are used to generate energy. Claimed is in particular a process for the production and combustion of synthesis gas by gasification with air or oxygen or oxygen-enriched air with a possible proportion of water vapor, wherein
• ein fester oder flüssiger Brennstoff in einen Reaktor gegeben wird, in dem der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft sowie mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, undA solid or liquid fuel is added to a reactor in which the fuel is reacted with air or oxygen or oxygen-enriched air and with water vapor at elevated temperature to a synthesis gas consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide, and
• bei der Reaktion mineralische Schlacketröpfchen anfallen, die mit dem erhaltenen Synthesegas aus dem Reaktor ausgeführt werden, wobei• incurred in the reaction of mineral slag droplets, which are carried out with the resulting synthesis gas from the reactor, wherein
• das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen agglomerieren und als flüssige Schlacke abgezogen werden und die im Synthesegas enthaltenen dampfförmigen Alkalien sowie Chlorwasserstoff durch In- Kontakt-Bringen mit Getterkeramik aus dem Synthesegas entfernt werden, undThe synthesis gas is passed without prior cooling into a slag separation apparatus in which slag droplets agglomerate and are withdrawn as liquid slag and the gaseous alkalis and hydrogen chloride contained in the synthesis gas are removed from the synthesis gas by contacting with gettering ceramic, and
das dadurch gekennzeichnet ist, dasswhich is characterized in that
• das Synthesegas nach der Reinigung durch eine Expansionsturbine geleitet wird, in der die Druck- und Wärmeenergie des Synthesegases in Rotationsenergie umgewandelt wird, und• the synthesis gas is passed through an expansion turbine after purification, in which the pressure and heat energy of the synthesis gas is converted into rotational energy, and
• das Synthesegas anschließend in einer der nachgeschalteten Prozeßstufen einer Gasturbine verbrannt und entspannt wird und die Verbrennungsgase zum Antrieb einer Turbine und zum Erzeugen von Dampf genutzt werden.• The synthesis gas is then burned and relaxed in one of the downstream process stages of a gas turbine and the combustion gases are used to drive a turbine and to generate steam.
[0013] Die Verfahrensschritte der Abscheidung von Schlacke und Alkalien erfolgen bevorzugt hintereinander nach dem Prozess der Kohlevergasung. Bevorzugt erfolgt die Abscheidung der Schlacke in einer zyklonartigen Vorrichtung, in der das Gas eine kreisförmige Bewegung ausführt, so dass ein Großteil der Schlacke durch Fliehkräfte ausgeschieden wird. Es ist auch denkbar, das Verbrennungsgas durch eine Schüttschicht zu leiten, in der sich die Schlacke aus dem Gas abscheidet. Denkbar ist auch eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl an Gittern, an der sich die Schlacke abscheiden kann. [0014] Auch die alkalienabscheidende Vorrichtung kann beliebig geartet sein. In einer einfachen und effektiven Ausführung der Erfindung ist sie so geartet, dass sich in einem Behälter eine Schüttschicht aus einer Getterkeramik befindet, durch die das zu reinigende Gas strömt. In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden Getterke- ramiken in Form von beliebigen geometrischen Formen verwendet, die die korrodierenden Alkalien aus dem Synthesegas herausfiltern. In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Getterkeramik auch in Form von Feinteilchen zur Synthesegaserzeugung gegeben werden. Auf diese Weise werden die Alkalien bereits im Vergasungsraum aus dem Prozess herausgefiltert.The process steps of the deposition of slag and alkali are preferably carried out in succession after the process of coal gasification. Preferably, the deposition of the slag takes place in a cyclone-like device in which the gas performs a circular movement, so that a large part of the slag is excreted by centrifugal forces. It is also conceivable to pass the combustion gas through a packed bed in which the slag is separated from the gas. Also conceivable is a device with a plurality of gratings, on which the slag can be deposited. The alkali-separating device may be of any kind. In a simple and effective embodiment of the invention, it is such that in a container there is a packed bed of a getter ceramic, through which the gas to be purified flows. In a further embodiment of the invention getter ceramics are used in the form of any geometric shapes that filter out the corrosive alkalis from the synthesis gas. In a further embodiment of the invention, the gettering ceramic can also be given in the form of fine particles for synthesis gas production. In this way, the alkalis are already filtered out of the process in the gasification chamber.
[0015] Nach diesen Verfahrensschritten erhält man ein gereinigtes Gas, dessen korrodierender Charakter weitgehend zurückgedrängt wurde oder gänzlich aufgehoben wurde. In einer typischen Ausführungsform liegt der Anteil an Alkalien in dem Synthesegas nach der Reinigung bei unter 100 ppm. In dieser Form läßt sich das Synthesegas durch eine Expansionsturbine leiten. Dabei handelt es sich um eine Turbine zur Erzeugung von Rotationsenergie mit Gasdruck. Diese kann beliebig geartet sein. Sie kann je nach Betriebsdruck der Vergasung beispielsweise als Hochdruck- oder Niederdruckturbine geartet sein. Auf diese Weise kann man die Turbine dem Prozess anpassen. Durch die Abscheidung von Schlacke und Alkalien besitzt die Expansionsturbine eine wesentlich erhöhte Lebensdauer. Die Turbine kann dadurch preiswerter gestaltet sein und besitzt erheblich verlängerte Wartungsintervalle.After these steps, a purified gas, the corrosive character was largely suppressed or completely removed. In a typical embodiment, the level of alkalis in the synthesis gas after purification is below 100 ppm. In this form, the synthesis gas can be passed through an expansion turbine. It is a turbine for generating rotational energy with gas pressure. This can be of any kind. Depending on the operating pressure of the gasification, it can be, for example, a high-pressure or low-pressure turbine. In this way you can adapt the turbine to the process. By the deposition of slag and alkalis, the expansion turbine has a significantly increased life. The turbine can thus be designed cheaper and has significantly extended maintenance intervals.
[0016] Nach der Entspannung des Gases durch Durchlaufen der Expansionsturbine wird das Gas zur Verbrennung geleitet. Je nach Reinheit des Gases kann es notwendig sein, dieses noch einer zusätzlichen Gasreinigung durch eine Gaswäsche zuzuleiten. Eine Gaswäsche ist insbesondere dann erforderlich, wenn die verwendete Kohle sehr schwefelhaltig ist und der Schwefel aus dem Verbrennungsgas entfernt werden muss. Die Gaswäsche wird nach den üblichen Verfahren zur Gaswäsche durchgeführt und erfolgt beispielhaft mit einem physikalischen Lösungsmittel. Ein Beispiel für ein geeignetes Verfahren gibt die WO 2005054412 Al Möglich ist es aber auch, ein chemisches Lösungsmittel einzusetzen. Schließlich ist es auch möglich, ein festes chemisches Sorptionsmittel einzusetzen. Dies kommt insbesondere dann infra- ge, wenn das Abgas besonders schwefelarm sein muss.After the expansion of the gas by passing through the expansion turbine, the gas is passed to the combustion. Depending on the purity of the gas, it may be necessary to supply this additional gas cleaning by a gas scrubber. Gas scrubbing is particularly necessary if the coal used is very sulphurous and the sulfur must be removed from the combustion gas. The gas scrubbing is carried out by the usual gas scrubbing methods and is exemplified by a physical solvent. An example of a suitable method is the WO 2005054412 Al It is also possible to use a chemical solvent. Finally, it is also possible to use a solid chemical sorbent. This is particularly useful if the exhaust gas has to be particularly low in sulfur.
[0017] Die Rotationsenergie der Turbine kann zur Erzeugung von Strom genutzt werden. Diese kann aber auch zum Antrieb von Anlagenteilen wie z.B. Pumpen oderThe rotational energy of the turbine can be used to generate electricity. However, this can also be used to drive plant components, such as Pumps or
Kompressoren genutzt werden. Der angetriebene Kompressor kann beispielsweise die Luft für die Durchführung der Kohlevergasung oder die Verbrennung verdichten. Wird der Kohlevergasungsreaktor mit Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsanlage betrieben, so kann auch die Luftzerlegungsanlage mit der Turbine angetrieben werden. Selbstverständlich kann dies auch teilweise geschehen, d.h. mit Abzweigen von Rotationsenergie zur partiellen Erzeugung von Strom.Compressors are used. For example, the driven compressor may compress the air to carry out coal gasification or combustion. Becomes The coal gasification reactor operated with oxygen from an air separation plant, so the air separation plant can be driven with the turbine. Of course, this can also be done partially, ie with branches of rotational energy for the partial generation of electricity.
[0018] Das gereinigte und teilentspannte Gas wird dann zur Erzeugung von Strom verbrannt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Prozess zur Stromerzeugung um einen Kombiprozess. Dieser nutzt sowohl die Druckenergie des Gases nach der Verbrennung zum Antrieb einer Turbine als auch den erzeugten Dampf. Nach dem Durchlaufen der Gasturbine wird ein Kessel erhitzt, in dem Speisewasser verdampft wird. Der erzeugte Dampf steht unter Druck und kann eine Turbine antreiben. Bei Durchlaufen der Turbine oder der Turbinen wird der Dampf weitestgehend entspannt. Nach dem Entspannen wird der Dampf in einer bevorzugten Ausführungsform kondensiert und wieder als Speisewasser genutzt. Das Verbrennungsgas kann aber direkt verbrannt und zur Erzeugung von Dampf genutzt werden. Damit sind die Anlagenkosten zwar geringer, aber auch der Wirkungsgrad des gesamten Prozesses wird insgesamt geringer.The cleaned and partially expanded gas is then burned to generate electricity. In a preferred embodiment of the invention, the process for generating electricity is a combined process. This uses both the pressure energy of the gas after combustion to drive a turbine and the generated steam. After passing through the gas turbine, a boiler is heated in which feed water is evaporated. The generated steam is under pressure and can drive a turbine. When passing through the turbine or turbines, the steam is largely relaxed. After relaxing, the steam is condensed in a preferred embodiment and reused as feed water. However, the combustion gas can be burned directly and used to generate steam. Although the system costs are lower, the efficiency of the entire process is also lower overall.
[0019] Auch hier können die Turbinen zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden. Es ist aber auch möglich, diese zum Antrieb von Anlagenteilen wie Kompressoren oder Pumpen zu verwenden. Der Prozess zur Erzeugung des Synthe- segases kann beliebig geartet sein. Als Brennstoff kommen alle festen und flüssigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in Betracht. Dies können beispielhaft alle Sorten von Kohle, Kohleemulsion, Orimulsionen, Petrolkoks, biologische Brennstoffe oder Kunststoffe in zerkleinerter Form sein. Das Verfahren kann auch vorbereitende Schritte wie Lagern, Mahlen und Aufpressen des Brennstoffes umfassen. Die Kohlevergasung wird in einer typischen Ausführungsform bei 800 bis 18000C ausgeführt. Ein typischer Druck zur Durchführung der Kohlevergasung ist ein Druck von 0,1 bis 10 MPa. Dieser kann im Prozessverlauf schwanken.Again, the turbines can be used to generate electricity. But it is also possible to use these for driving system parts such as compressors or pumps. The process for producing the synthesis gas can be of any kind. As fuel all solid and liquid carbonaceous fuels are considered. These may be, for example, all types of coal, carbon emulsion, orimulsions, petroleum coke, biofuels or plastics in comminuted form. The method may also include preparatory steps such as storing, grinding, and squeezing the fuel. The coal gasification is carried out in a typical embodiment at 800 to 1800 0 C. A typical pressure to carry out the coal gasification is a pressure of 0.1 to 10 MPa. This can fluctuate during the course of the process.
[0020] Beansprucht wird auch eine Vorrichtung, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen läßt. Diese besteht naturgemäß aus mehreren Anlagenteilen, wie sie im Kraftswerkbau häufig anzutreffen sind. Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur Herstellung und Verbrennung von Synthesegas, die aus einem Kohlevergasungsreaktor besteht, der zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, wobei sich an den Kohlevergasungsreaktor eine Reinigungseinheit zur Reinigung des Synthesegases anschließt, die aus einer schla- ckeabscheidenden Vorrichtung und aus einer alkalienabscheidenden Vorrichtung besteht, und sich an die Reinigungseinheit zur Reinigung des Synthesegases eine Expansionsturbine anschließt, und das aus der Expansionsturbine strömende Gas in einem der nachfolgenden Prozessschritte in die Brennkammer einer Gasturbine geleitet wird, wo das Synthesegas verbrannt werden kann und sich an die Verbrennungseinheit eine Gasturbine anschließt, die von dem Verbrennungsgas angetrieben und dabei Strom erzeugt wird, und das Verbrennungsgas in einen Dampferzeuger gegeben wird, der Dampf erzeugt, der anschließend in eine Dampfturbine geleitet wird, mit der Strom erzeugt wird.Also claimed is a device with which the method according to the invention can be carried out. This naturally consists of several plant components, as they are often found in Kraftwerksbau. Claimed in particular is an apparatus for the production and combustion of synthesis gas, which consists of a coal gasification reactor which is suitable for the gasification of carbonaceous fuels at high temperatures, wherein the coal gasification reactor is followed by a purification unit for the purification of the synthesis gas, which consists of a depositing device and consists of an alkali-separating device, and the cleaning unit for purifying the synthesis gas is followed by an expansion turbine, and the gas flowing from the expansion turbine gas is passed in one of the subsequent process steps in the combustion chamber of a gas turbine, where the synthesis gas can be burned and the combustion unit is followed by a gas turbine powered by the combustion gas to generate electricity, and the combustion gas is supplied to a steam generator which generates steam, which is then passed into a steam turbine generating power.
[0021] Es ist für eine einfachere Ausführungsart auch möglich, auf die Gasturbine zu verzichten. Dann ist der Wirkungsgrad der gesamten Anlage allerdings geringer. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gasturbine zur Erzeugung von Energie aus der Verbrennung des Nutzgases. Der Kohlevergasungsreaktor zur Erzeugung des Synthesegases kann beliebig geartet sein.It is also possible for a simpler embodiment to dispense with the gas turbine. Then the efficiency of the entire system is lower. In a preferred embodiment, the device according to the invention includes a gas turbine for generating energy from the combustion of the useful gas. The coal gasification reactor for producing the synthesis gas may be of any kind.
[0022] In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die schlackeabscheidende Vorrichtung aus einer zyklonartigen Vorrichtung. Diese nutzt die Fliehkräfte des Gases zur Abscheidung der Schlacketröpfchen. Diese enthält einen Austragsstutzen und eine Abführungsvorrichtung für die Schlacke. Es ist auch möglich, eine Schüttschicht aus einem schlackenbeständigen Material zu verwenden. Um die Schlacke auszuführen, enthält die Schüttung dann vorteilhaft eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke. Die Schüttung besteht typischerweise aus einem körnigen Material aus beispielsweise oxidischen oder nichtoxidischen Keramiken oder einem Gemisch dieser beiden Keramiken.In one embodiment of the invention, the slag-separating device consists of a cyclone-like device. This uses the centrifugal forces of the gas to separate the slag droplets. This contains a discharge nozzle and a discharge device for the slag. It is also possible to use a packed bed of a slag-resistant material. To carry out the slag, the bed then advantageously contains a discharge device for liquid slag. The fill typically consists of a granular material of, for example, oxide or non-oxide ceramics or a mixture of these two ceramics.
[0023] Die alkalienabscheidende Vorrichtung ist vorzugsweise in einem Behälter untergebracht, der Getterkeramik enthält. Diese besteht typischerweise aus Siliciumdi- oxid oder Silikaten oder Aluminaten oder Aluminiumoxid. Die Getterkeramik kann auch aus einem Gemisch dieser Stoffe bestehen oder eine Verbindung aus einem Gemisch dieser Stoffe sein. Die Getterkeramik muß ein gutes Absorptionsvermögen für Alkalien und Halogenide besitzen. Sie sollte vorteilhaft auch Erdalkalihalogenide oder HaIo- genwasserstoffe absorbieren können. Diese kann als Kugelschüttung, als Gitter, inThe alkali separating device is preferably housed in a container containing getter ceramic. This typically consists of silicon dioxide or silicates or aluminates or aluminum oxide. The gettering ceramic may also consist of a mixture of these substances or be a compound of a mixture of these substances. The gettering ceramic must have a good absorption capacity for alkalis and halides. It should advantageously also be able to absorb alkaline earth halides or halide hydrogens. This can be used as a ballast, as a grid, in
Form von Horden oder in beliebigen geometrischen Formen angeordnet sein.Form of hordes or be arranged in any geometric shapes.
[0024] Je nach gewünschtem Reinigungsgrad des Heizgases kann die Vorrichtung auch eine Gaswäsche enthalten. Diese befindet sich im Prozessfluss typischerweise zwischen der Expansionsturbine und der Verbrennung. Diese ist mit den dafür notwendigen Vorrichtungen und Anlagenteilen ausgestattet. Auch möglich ist, an dieser Stelle Anlagenteile zur Zugabe von chemischen Sorptionsmitteln einzubauen. Als chemische Sorptionsmittel kommen beispielhaft Kalkstein, Dolomit oder Erdalkali- hydroxide in Betracht. Es können aber auch übergangsmetallhaltige Verbindungen in Betracht kommen.Depending on the desired degree of purification of the heating gas, the device may also contain a gas scrubber. This is typically located in the process flow between the expansion turbine and the combustion. This is with the ones for it equipped devices and equipment. It is also possible to install system parts for the addition of chemical sorbents at this point. Examples of suitable chemical sorbents are limestone, dolomite or alkaline earth hydroxides. However, transition metal-containing compounds may also be considered.
[0025] Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung alle Anlagenteile enthalten, die für einen Kraftwerksbau notwendig sind. Dies können Pumpen, Ventile, Kompressoren oder vakuumerzeugende Einrichtungen sein. Dies können aber auch Heizeinrichtungen oder Kühlungsvorrichtungen oder Wärmetauscher sein. Die Turbi- nen im Prozess können beliebig geartet sein. Dies können Radial- oder Axialturbinen sein. Je nach Druck des entspannenden Gases sind dies Hochdruck- oder Niederdruckturbinen, die sich in der Schaufelanordnung und Schaufeldichte unterscheiden. Die Wahl der jeweils geeigneten Turbine bleibt dem ausführenden Fachmann überlassen. Es ist aber auch möglich, die Turbinen und Kompressoren in einer Einwellenan- Ordnung mit dem Generator zu schalten. Durch diese Bauweise ist die Steuerung des Turbinensatzes einfacher und die Bauweise platzsparend und erheblich kostengünstiger.Finally, the device according to the invention can contain all plant parts that are necessary for a power plant construction. These may be pumps, valves, compressors or vacuum generating devices. But these can also be heaters or cooling devices or heat exchangers. The turbines in the process can be of any kind. These can be radial or axial turbines. Depending on the pressure of the relaxing gas, these are high-pressure or low-pressure turbines, which differ in the blade arrangement and blade density. The choice of the appropriate turbine is left to the person skilled in the art. But it is also possible to switch the turbines and compressors in a Einwellenan- order with the generator. By this design, the control of the turbine set is easier and the design saves space and significantly cheaper.
[0026] Die dampferzeugende Einheit enthält ebenfalls alle notwendigen Vorrichtungen. Dies können Dampfkessel und Verdampfer aller möglichen Bauarten sein. Auch typischerweise anzutreffende Bauteile, die vielfach verwendet werden, wie Fliehkraftwasserabscheider und Überhitzer können Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein. Dies sind auch Antriebswellen und Generatoren.The steam generating unit also contains all the necessary devices. These can be steam boilers and evaporators of all possible types. Also typically encountered components that are widely used, such as centrifugal water and superheater may be part of the device according to the invention. These are also drive shafts and generators.
[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, eine Stromerzeugung mit einem sehr hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Das Verfahren benötigt keine aufwendigen Verbrennungsvorrichtungen, sondern ermöglicht einen raumsparenden Prozess über eine Kohlevergasung. Durch die bedarfsweise Integration von gasreinigenden Vorrichtungen kann man auch ein sehr emissionsarmes Abgas erreichen.The inventive method offers the possibility to achieve power generation with a very high efficiency. The process requires no elaborate combustion devices, but allows a space-saving process via a coal gasification. By integrating gas-cleaning devices as required, it is also possible to achieve a very low emission exhaust gas.
[0028] Der Prozessfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von einer Skizze genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Zur besseren Übersicht ist der Prozessfluss in drei Einheiten (A,B,C) gegliedert.The process flow of the method according to the invention is explained in more detail with reference to a sketch, wherein the inventive method is not limited to this embodiment. For a better overview, the process flow is divided into three units (A, B, C).
[0029] FIG. 1 zeigt den Prozessfluss eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einen Kohlevergasungsreaktor (1) wird ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff gegeben. Die- ser wird mit einem sauerstoffhaltigen Gas (2) und bedarfsweise mit Wasserdampf (3) versetzt, so dass der Brennstoff zu Generatorgas oder Synthesegas umgesetzt wird. Bedarfsweise kann der Kohlevergasungsreaktor aus einem Verdichter (19) mit Verbrennungsluft (4) beaufschlagt werden oder wird mit Sauerstoff (2a) aus einer Luft- Zerlegung (2b) versorgt. Die Luftzerlegungsanlage (2b) kann ebenfalls mit Luft (4) aus dem Verdichter (19) versorgt werden. Man erhält ein rohes Synthesegas (5). Dieses wird in eine schlackeabscheidende Vorrichtung (6) gegeben. Dabei wird es von den verflüssigten Schlacketeilchen befreit. Man erhält die ausgeschiedene Schlacke (7). Das von flüssigen Schlacken befreite Synthesegas wird weitergeführt (8) und gelangt in eine alkalienabscheidende Vorrichtung (9) mit einer Getterkeramik (10). Das gereinigte und von Alkalien befreite Synthesegas (11) treibt dann eine ExpansionsturbineFIG. 1 shows the process flow of a method according to the invention. In a coal gasification reactor (1), a carbonaceous fuel is added. The- This is mixed with an oxygen-containing gas (2) and, if necessary, with steam (3), so that the fuel is converted into generator gas or synthesis gas. If necessary, the coal gasification reactor from a compressor (19) with combustion air (4) can be acted upon or is supplied with oxygen (2a) from an air decomposition (2b). The air separation plant (2b) can also be supplied with air (4) from the compressor (19). This gives a crude synthesis gas (5). This is placed in a slag-separating device (6). It is freed from the liquefied slag particles. The precipitated slag (7) is obtained. The synthesis gas freed from liquid slags is carried on (8) and enters an alkali-separating device (9) with a getter ceramic (10). The purified and alkalis-free synthesis gas (11) then drives an expansion turbine
(12) an. Diese wiederum ist hier mit einem Generator (13) verbunden. Der Generator(12). This in turn is connected here to a generator (13). The generator
(13) erzeugt Strom. Diese gesamte Einheit bildet den Anlagenteil A (Kohlevergasung und Expansionsturbine).(13) generates electricity. This entire unit forms the plant part A (coal gasification and expansion turbine).
[0030] Das entspannte Synthesegas (14) gelangt in eine Gasreinigung (15). Dort wird es von den unerwünschten Fremdgasen befreit. Anschließend wird das Synthesegas in einer Brennkammer (16) verbrannt. Man erhält das heiße Abgas (16a), das durch eine Turbine (17) strömt. Die Turbine treibt einen Generator (18) und einen Verdichter (19) an. Der Generator (18) erzeugt Strom. Durch den Verdichter erhält man verdichtete Luft (4) für den Verbrennungsprozess (4a), die Luftzerlegung (4b) oder den Vergasungsprozess (4c). Diese gesamte Einheit bildet den Anlagenteil B (Gasreinigung und Verbrennung).The expanded synthesis gas (14) enters a gas purification (15). There it is freed from the unwanted foreign gases. Subsequently, the synthesis gas is burned in a combustion chamber (16). The hot exhaust gas (16a), which flows through a turbine (17), is obtained. The turbine drives a generator (18) and a compressor (19). The generator (18) generates electricity. Compressed air (4) is obtained by the compressor for the combustion process (4a), the air separation (4b) or the gasification process (4c). This entire unit forms part of plant B (gas purification and combustion).
[0031] Das Abgas (20) aus der Gasturbine gelangt in einen Dampferzeuger (21). Dort wird Dampf (22) erzeugt, der eine Turbine (23) antreibt. Der Dampf gelangt in ei- nen Kondensator (24), wird verflüssigt und wieder in den Prozess zurückgeführt. Auch mit dieser Turbine (23) wird ein Generator (25) angetrieben, der Strom liefert. Das aus dem Dampferzeuger strömende Gas (26) wird ausgetragen und gegebenenfalls einer Reinigung zugeführt. Diese gesamte Einheit bildet den Anlagenteil C (Dampferzeugung).The exhaust gas (20) from the gas turbine enters a steam generator (21). There steam (22) is generated, which drives a turbine (23). The steam enters a condenser (24), is liquefied and returned to the process. Also with this turbine (23), a generator (25) is driven, which supplies power. The gas (26) flowing out of the steam generator is discharged and optionally supplied for cleaning. This entire unit forms the plant part C (steam generation).
[0032] Bezugszeichenliste[0032] List of Reference Numerals
1 Kohlevergasungsreaktor1 coal gasification reactor
2 Luft oder Sauerstoff 2a Sauerstoffstrom2 air or oxygen 2a oxygen flow
2b Luftzerlegungsanlage Wasserdampf2b air separation plant Steam
Verdichtete Luft a Verdichtete Luft zur Verbrennung b Verdichtete Luft zur Luftzerlegungsanlagec Verdichtete Luft zum KohlevergasungsreaktorCompressed air a Compressed air for combustion b Compressed air for air separation plant c Compressed air to the coal gasification reactor
Rohes SynthesegasRaw synthesis gas
Schlackeabscheidende VorrichtungSlag-separating device
SchlackeausschleusungSchlackeausschleusung
Schlackebefreites SynthesegasSlag-free synthesis gas
Alkalienabscheidende Vorrichtung 0 Getterkeramik 1 Gereinigtes Synthesegas 2 Expansionsturbine 3 Generator 4 Entspanntes Synthesegas 5 Gasreinigung 6 Brennkammer 6a Rauchgas zur Turbine 7 Gasturbine 8 Generator 9 Verdichter 9a Zugeführte Luft zum Verdichter 0 Entspanntes Verbrennungsgas 1 Dampferzeuger 2 Dampf 3 Dampfturbine 4 Kondensator 5 Generator 6 Abgas/Rauchgas Alkali separating device 0 Gettering ceramic 1 Purified synthesis gas 2 Expansion turbine 3 Generator 4 Relaxed synthesis gas 5 Gas cleaning 6 Combustion chamber 6a Flue gas to turbine 7 Gas turbine 8 Generator 9 Compressor 9a Supplied air to compressor 0 Relaxed combustion gas 1 Steam generator 2 Steam 3 Steam turbine 4 Condenser 5 Generator 6 Exhaust / flue gas

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung und Verbrennung von Synthesegas durch Vergasung mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft mit einem möglichen Anteil an Wasserdampf, wobei • ein fester oder flüssiger Brennstoff in einen Reaktor gegeben wird, in dem der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, und » bei der Reaktion mineralische Schlacketröpfchen anfallen, die mit dem erhaltenen Synthesegas aus dem Reaktor ausgeführt werden, wobei1. A process for the production and combustion of synthesis gas by gasification with air or oxygen or oxygen enriched air with a possible amount of water vapor, wherein • a solid or liquid fuel is added to a reactor in which the fuel with air or oxygen or oxygen-enriched air and is reacted with water vapor at elevated temperature to a synthesis gas consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide, and »obtained in the reaction of mineral slag droplets, which are carried out with the resulting synthesis gas from the reactor, wherein
• das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen agglomerieren und als flüssige Schlacke abgezogen werden und die im Synthesegas ent- haltenen dampfförmigen Alkalien sowie Chlorwasserstoff durch In-The synthesis gas is passed without prior cooling into a slag separation device in which slag droplets agglomerate and are withdrawn as liquid slag and the vaporous alkalis and hydrogen chloride contained in the synthesis gas are separated by
Kontakt-Bringen mit Getterkeramik aus dem Synthesegas entfernt werden,Contacting with gettering ceramic are removed from the syngas,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
• das Synthesegas nach der Reinigung durch eine Expansionsturbine ge- leitet wird, in der die Druck- und Wärmeenergie des Synthesegases in• the synthesis gas is passed after cleaning through an expansion turbine, in which the pressure and heat energy of the synthesis gas in
Rotationsenergie umgewandelt wird, undRotational energy is converted, and
• das Synthesegas anschließend in einer der nachgeschalteten Prozeßstufen einer Gasturbine verbrannt und entspannt wird und die Verbrennungsgase zum Antrieb einer Turbine und zum Erzeugen von Dampf genutzt werden.• The synthesis gas is then burned and relaxed in one of the downstream process stages of a gas turbine and the combustion gases are used to drive a turbine and to generate steam.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackeabscheidevorrichtung eine zyklonartige Vorrichtung ist, in der das heiße Gas eine kreisförmige Bewegung ausführt, so dass ein Großteil der in dem Gas enthaltenen Schlacke durch Fliehkräfte ausgeschieden wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the Schlackeabscheidevorrichtung is a cyclone-like device in which the hot gas performs a circular movement, so that a large part of the slag contained in the gas is excreted by centrifugal forces.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackeabscheidevorrichtung eine Schüttschicht enthält, in der sich die Schlacke aus dem Gas abscheidet.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the Schlackeabscheidevorrichtung contains a packed layer in which the slag is separated from the gas.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Get- terkeramik als Schüttung in einer der Abscheidevorrichtung nachgeschalteten Vorrichtung mit dem Synthesegas in Kontakt kommt und die Entfernung der Alkalien aus dem Synthesegas in dieser nachgeschalteten Vorrichtung erfolgt.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the getter terkeramik comes as a bed in a downstream of the deposition device with the synthesis gas in contact and the removal of the alkalis from the synthesis gas takes place in this downstream device.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zwischen der Expansionsturbine und der Verbrennungseinheit gereinigt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the gas between the expansion turbine and the combustion unit is cleaned.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung des Gases durch eine Gaswäsche mit einem physikalischen Lösungsmittel erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the cleaning of the gas is carried out by a gas scrubbing with a physical solvent.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung des Gases durch Zugabe eines chemischen Sorptionsmittels erfolgt.7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the cleaning of the gas takes place by adding a chemical sorbent.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Expansionsturbine ein Generator angetrieben wird, der Strom erzeugt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the expansion turbine, a generator is driven, which generates electricity.
9. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Gasturbine ein Verdichter angetrieben wird, der die Luft für den Vergasungsreaktor komprimiert.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that with the gas turbine, a compressor is driven, which compresses the air for the gasification reactor.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoffe Kohle, Kohleemulsion, Kohleaufschlämmung, Petrol- koks, Emulsionen, Orimulsionen, biologische Brennstoffe oder Kunststoffe in zerkleinerter Form eingesetzt werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that are used as fuels coal, coal emulsion, coal slurry, petrol coke, emulsions, Orimulsionen, biofuels or plastics in crushed form.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung bei einer Temperatur von 800 bis 1800 0C durchgeführt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the gasification is carried out at a temperature of 800 to 1800 0 C.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung bei einem Druck von 0, 1 bis 10 MPa durchgeführt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the gasification is carried out at a pressure of 0, 1 to 10 MPa.
13. Vorrichtung zur Herstellung und Verbrennung von Synthesegas, die aus einem Kohlevergasungsreaktor besteht, der zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, wobei sich an den Kohlevergasungsreaktor eine Reinigungseinheit zur Reinigung des Synthesegases anschließt, die aus einer schlackeabscheidenden Vorrichtung und aus einer alkalienabscheidenden Vorrichtung besteht, und sich an die Reinigungseinheit zur Reinigung des Synthesegases eine Expansionsturbine anschließt, und das aus der Expansionsturbine strömende Gas in einen Brennkammer geleitet wird, wo das Synthesegas verbrannt werden kann und sich an die Entspannungseinheit eine Gasturbine anschließt, die von dem Verbrennungsgas angetrieben wird, und das Verbrennungsgas in einen Dampferzeuger gegeben wird, der Dampf erzeugt, der anschließend in eine Dampfturbine geleitet wird, mit der Strom erzeugt wird.13. An apparatus for the production and combustion of synthesis gas, which consists of a coal gasification reactor, which is suitable for the gasification of carbonaceous fuels at high temperatures, wherein the coal gasification reactor is followed by a purification unit for the purification of the synthesis gas, consisting of a slag-depositing device and an alkali-separating Device, and adjoining the purification unit for purifying the synthesis gas, an expansion turbine, and the gas flowing from the expansion turbine gas is passed into a combustion chamber where the synthesis gas can be burned and the expansion unit is followed by a gas turbine, which is driven by the combustion gas , and the combustion gas is introduced into a steam generator which generates steam, which is then passed into a steam turbine, is generated with the current.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schla- ckeabscheidevorrichtung aus einer zyklonartigen Vorrichtung besteht.14. The device according to claim 13, characterized in that the sludge deposition device consists of a cyclone-like device.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackeabscheidevorrichtung eine Schüttschicht aus einem neutralen Material enthält, und die Schüttung eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the slag separation device contains a packed layer of a neutral material, and the bed has a discharge device for liquid slag.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die alkaliionabscheidende Vorrichtung aus einem Behälter mit einer Getterkeramik besteht.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the alkaliionabscheidende device consists of a container with a getter ceramic.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik entweder oxidische oder nichtoxidische Keramiken oder Mischungen aus diesen Keramiken enthält. 17. The device according to claim 16, characterized in that the getter ceramic contains either oxidic or non-oxide ceramics or mixtures of these ceramics.
18. Vorrichtung nach einem der Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Expansionsturbine und der Brennkammer ein Gaswäscher befindet.18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that there is a gas scrubber between the expansion turbine and the combustion chamber.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Expansionsturbine und der Brennkammer eine Zugabe für chemisches Sorptionsmittel befindet. 19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that there is an addition of chemical sorbent between the expansion turbine and the combustion chamber.
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