EP2531574A2 - Verfahren zur herstellung von synthesegas - Google Patents

Verfahren zur herstellung von synthesegas

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EP2531574A2
EP2531574A2 EP10749789A EP10749789A EP2531574A2 EP 2531574 A2 EP2531574 A2 EP 2531574A2 EP 10749789 A EP10749789 A EP 10749789A EP 10749789 A EP10749789 A EP 10749789A EP 2531574 A2 EP2531574 A2 EP 2531574A2
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boiler
ash
radiation
wall
heat boiler
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Norbert Ullrich
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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ThyssenKrupp Uhde GmbH
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    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the invention is directed to a process for the production of synthesis gas by gasification of ash-containing fuel with oxygen-containing gas at temperatures above the melting temperature of the ash and a pressure of 0.3 to 8 MPa.
  • the entrained flow gasification can be provided with adjusteinspeisen the carburetor feed for the production of fuels, chemical raw materials, but also for the production of energy.
  • This object is achieved by a method of the type described above in that the leaving the carburetor leaving the mixture within the pressure vessel designed as a waste heat boiler area flows through in the direction of gravity down, wherein the media mixture is acted upon by the waste heat boiler area of a water quench and the synthesis gas to an outlet temperature is cooled from 200 ° C to 400 ° C.
  • the invention also provides an apparatus for the production of synthesis gas, which is characterized in that behind the carburetor in the pressure vessel in the heat recovery boiler area forming radiation boiler wall from boiler feed water flowed through pipes is provided.
  • boiler radiation wall flowed through boiler feed water, having projecting into the interior of the reactor bulkheads.
  • the molten ash particles are solidified, so that in the downstream heat recovery steam generator without fixed insoluble caking is made possible, since then fixed airborne dust either not at the heat exchanger surfaces adheres or can be easily cleaned by knocker or soot blower.
  • the bulkheads are only about one-third protrude into the boiler, the synthesis gas cooled after quenching of about 900 ° C to below 400 ° C, with this enthalpy steam, in power plant process preferably high-pressure steam, in a syngas production preferably medium-pressure steam generated.
  • the after-water quenching with the following cooling with steam laden, partially saturated synthesis gas is then supplied from the waste heat boiler further treatment steps.
  • a device in which a water quench is provided before and / or after the boiler radiation wall in the flow direction of the media, wherein, as stated above, according to the invention, the corresponding wall surfaces and the bulkheads are formed by a pipe-web-pipe construction ,
  • knockers and / or sootblowers can be provided for cleaning off the respective wall surfaces.
  • the synthesis gas is partially saturated with water vapor, the radiation boiler below the gasifier being dimensioned according to the invention in such a way that the hot synthesis gas is cooled predominantly via radiant heat emission and the radiation boiler also consists of a radiation vessel wall located in the pressure vessel with bulkheads projecting into the gas flow.
  • the two variants of the invention both the corresponding method, such as the corresponding device, are used to optimize the gasification of power plant processes, with the most efficient use of raw materials in the production of synthesis gases, such as CO or H 2 , for the chemical industry and the production synthetic fuels or synthetic natural gas and for plants for the combined generation of electricity and production of chemicals (polygeneration).
  • synthesis gases such as CO or H 2
  • Fig. 1 is a gasification reactor with elements of the prior
  • Fig. 2 shows a device according to the invention.
  • the device generally designated 1, has a pressure vessel 2 with which a reaction space 4 is provided at a distance from the pressure vessel 2 through a membrane wall 3. 5, the annular steam collector of the membrane wall 5 is referred to, where it does not come closer here.
  • reaction space 4 merges into a cone 6 at the bottom, in the outlet region of which a water quench 7 is provided.
  • this carburetor area is designated by a double arrow "A”.
  • the waste heat boiler area C is designed as a radiation boiler 8, which has inwardly facing bulkheads 9, which, like the wall of the radiation boiler 8, are flowed through by boiler feed water 10.
  • the steam or water vapor outlet is denoted by 11.
  • a slag collecting container 12 is provided within a water bath 13.
  • the synthesis gas outlet is designated 14.
  • temperature ranges are indicated in FIGS. 1 and 2; for the reaction space 4, these are at 1300.degree. C. to 1600.degree. behind the cone outlet 6 and the water quench 7 at about 900 ° C, the temperature in the region of the slag collecting container 12 and the water bath 13 is about 300 ° C to 400 ° C.
  • the synthesis gas outlet thus also has a temperature in this range, ie between 300 ° C and 400 ° C.
  • the water quench 7a is arranged below the waste-heat boiler region C, so that here too the water-quenching region is referred to as B '.
  • the total enthalpy of the medium flowed through the reactor 2 are largely delivered to the waste heat boiler area C or to the corresponding wall 8 and the bulkheads 9, these areas are designed as a pipe-web pipe construction.

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Abstract

Mit einem Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa, soll die durch die Herstellung des Synthesegases anfallende Enthalpie für die Erzeugung von Dampf, insbesondere Hochdruckdampf, benutzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das den Vergaseraustritt verlassende Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestalteten Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Mediengemisch hinter dem Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird und das Synthesegas auf eine Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.

Description

"Verfahren zur Herstellung von Synthesegas"
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa .
Derartige Vergasungsverfahren und entsprechende Reaktoren sind in unterschiedlichen Bauweisen bekannt, lediglich als Beispiel sei hier auf die WO 2009/036985 AI der Anmelderin verwiesen. Auch in der DE 10 2005 048 488 AI wird in Fig. 5 ein Vergasungsreaktor mit Teilquenchung gezeigt.
Bei der Vergasung derartiger kohlenstoffhaltiger Brennstoffe kommen beispielsweise Kohlen, Koks, Petrolkoks, Biomasse oder dergleichen zum Einsatz, wobei hier die Flugstromvergasung vorgesehen sein kann, mit Trockeneinspeisen des Vergaserfeeds zur Erzeugung von Kraftstoffen, Chemierohstoffen, aber auch zur Erzeugung von Energie .
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, die durch die Herstellung des Synthesegases anfallende Enthalpie für die Erzeugung von Dampf, insbesondere Hochdruckdampf, zu benutzen .
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass das den Vergaseraustritt verlassende Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestalteten Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Mediengemisch hinter dem Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird und das Synthesegas auf eine Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist es möglich, durch den dem Flugstromvergaser nachgeschalteten Abhitzekesselbereich die im Mediengemisch enthaltene Wärme und Enthalpie zu nutzen, um Dampf oder ein Wasserdampfgemisch zu erzeugen, das einer weiteren Verwendung zuführbar ist. Mit dem Ausdruck "Mediengemisch" sind insbesondere das Synthesegas und die weiteren Bestandteile, wie z.B. die Schlacke und dergleichen, gemeint. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird das heiße Synthesegas im Abhitzekesselbereich von ca.
1300°C bis 1600°C auf 800°C bis 900°C entsprechend abgekühlt und anschließend durch einen Wasserquench auf 200°C bis 300°C weiter abgekühlt .
Zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas vor, die sich dadurch auszeichnet, dass hinter dem Vergaser im Druckbehälter eine im Abhitzekesselbereich bildende Strahlungskesselwand aus Kesselspeisewasser durchströmten Rohren vorgesehen ist.
In Ausgestaltung einer derartigen Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass die Kesselstrahlungswand Kesselspeisewasser durchströmte, in das Reaktorinnere ragende Schotten aufweist.
Durch die Quenchung von 1300°C bis 1600°C hinunter auf 900°C werden die glutflüssigen Aschepartikel verfestigt, so dass in dem nachgeschalteten Abhitzekessel die Dampferzeugung ohne feste unlösbare Anbackungen ermöglicht wird, da der dann fest vorliegende Flugstaub entweder nicht an den Wärmetauscher- flächen anhaftet oder leicht über Klopfer oder Rußbläser abgereinigt werden kann.
Wie schon oben ausgeführt, wird in dem Abhitzekesselbereich, der aus einer Strahlungskesselwand und aus in den Gasstrom ragenden Schotten (beide in Rohr-Steg-Rohr-Ausführung) gebildet ist, wobei die Schotten nur etwa bis zu einem Drittel in den Kessel hineinragen, das Synthesegas nach der Wasser- quenchung von ca. 900°C auf unter 400°C abgekühlt, wobei mit dieser Enthalpie Dampf, in Kraftwerksprozess bevorzugt Hochdruckdampf, bei einer Synthesegasherstellung bevorzugt Mittel - druckdampf, erzeugt wird. Das nach der Wasserquenchung mit folgender Abkühlung mit Dampf beladene, teilgesättige Synthesegas wird dann aus dem Abhitzekessel weiteren Behandlungsschritten zugeführt.
Alternativ ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, bei der vor und/oder nach der Kesselstrahlungswand in Strömungsrichtung der Medien ein Wasserquench vorgesehen ist, wobei, wie oben schon angegeben, erfindungsgemäß die entsprechenden Wandflächen und die Schotten von einer Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion gebildet sind. Darüber hinaus können, wie ebenfalls oben schon angegeben, Klopfer und/oder Rußbläser zur Abreinigung der jeweiligen Wandflächen vorgesehen sein. ird der Wasserquench, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, erst hinter dem Abhitzekesselbereich positioniert , wird auch hier das Synthesegas mit Wasserdampf teilweise aufgesättigt, wobei der Strahlungskessel in Strömungsrichtung unterhalb des Vergasers erfindungsgemäß so dimensioniert ist, dass das heiße Synthesegas vorwiegend über Strahlungswärmeabgabe gekühlt wird und der Strahlungskessel ebenfalls aus einer in dem Druckbehälter befindlichen Strahlungskesselwand mit in den Gasstrom ragenden Schotten besteht.
Erkennbar können die beiden erfindungsgemäßen Varianten sowohl das entsprechende Verfahren, wie die entsprechende Vorrichtung, zur Optimierung der Vergasung für Kraftwerksprozesse eingesetzt werden, wobei auch eine möglichst effiziente Rohstoffnutzung bei der Herstellung von Synthesegasen, wie CO oder H2, für die chemische Industrie und die Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder synthetischen Erdgases und für Anlagen zur kombinierten Erzeugung von Strom und Herstellung von Chemikalien (Polygeneration) eingesetzt werden können. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung, diese zeigt in
Fig. 1 einen Vergasungsreaktor mit Elementen des Standes der
Technik sowie in
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist einen Druckbehälter 2 auf, mit dem durch eine Membranwand 3 auf Abstand zum Druckbehälter 2 ein Reaktionsraum 4 vorgesehen ist. Mit 5 ist der ringförmige DampfSammler der Membranwand 5 bezeichnet, worauf es hier nicht näher ankommt .
Der Reaktionsraum 4 geht unten in einen Konus 6 über, in dessen Auslaufbereich ein Wasserquench 7 vorgesehen ist. Seitlich an Fig. 1 ist dieser Vergaserbereich mit einem Doppelpfeil "A" bezeichnet. Anschließend an den mit "B" bezeichneten Quench- bereich schließt sich ein Abhitzekesselbereich "C" an.
Der Abhitzekesselbereich C ist als Strahlungskessel 8 gestaltet, der nach innen weisende Schotten 9 aufweist, die ebenso wie die Wand des Strahlungskessels 8 von Kesselspeisewasser 10 durchflössen sind. Der Dampf- bzw. Wasserdampfaustritt ist mit 11 bezeichnet.
Am unteren Ende ist ein Schlackesammelbehälter 12 vorgesehen innerhalb eines Wasserbades 13. Der Synthesegasaustritt ist mit 14 bezeichnet.
Zusätzlich sind in Fig. 1 und 2 Temperaturbereiche angegeben, für den Reaktionsraum 4 liegen diese bei 1300°C bis 1600°C, hinter dem Konusaustritt 6 und dem Wasserquench 7 etwa bei 900°C, wobei die Temperatur im Bereich des Schlackesammelbehälters 12 bzw. des Wasserbades 13 etwa bei 300°C bis 400°C liegt. Der Synthesegasaustritt weist somit ebenfalls eine Temperatur in diesem Bereich auf, d.h. zwischen 300°C und 400°C.
In der die Erfindung zeigenden Fig. 2 sind die funktional gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei die Vorrichtung allgemein mit la bezeichnet ist, um den konstruktiven Unterschied zur Ausgestaltung der Fig. 1 kenntlich zu machen.
Im Unterschied zur Konstruktion nach Fig. 1 ist hier der Wasserquench 7a unterhalb des Abhitzekesselbereiches C angeordnet, so dass sich auch hier der Wasserquenchbereich mit B' bezeichnet anschließt.
Erkennbar kann hier bei höheren Temperaturen die Gesamtenthalpie des den Reaktor 2 durchströmten Mediums zu großen Teilen an den Abhitzekesselbereich C bzw. an die entsprechende Wand 8 und die Schotten 9 abgegeben werden, wobei diese Bereiche als Rohr-Steg-Rohrkonstruktion ausgebildet sind.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen, insbesondere was die Führung der in Schwerkraftrichtung von oben nach unten strömenden Medien innerhalb des Reaktors 2 angeht und dergleichen mehr.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa,
dadurch gekennzeichnet ,
dass das den Vergaseraustritt verlassende Mediengemisch innerhalb des Druckbehälters einen als Abhitzekessel gestalteten Bereich in Schwerkraftrichtung nach unten durchströmt, wobei das Mediengemisch hinter dem Abhitzekesselbereich von einem Wasserquench beaufschlagt wird und das Synthesegas auf eine
Austrittstemperatur von 200°C bis 400°C abgekühlt wird.
Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung von aschehaltigem Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der Asche und einem Druck von 0,3 bis 8 MPa, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass hinter dem Vergaser (4) im Druckbehälter (2) eine einen Abhitzekesselbereich (C) bildende Strahlungskesselwand (8) aus Kesselspeisewasser durchströmten Rohren vorgesehen ist .
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kesselstrahlungswand (8) Kesselspeisewasser durchströmte, in das Reaktorinnere ragende Schotten (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor und/oder nach der Kesselstrahlungswand (8) in
Strömungsrichtung der Medien ein Wasserquench (7,7') vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,
dass die Strahlungskesselwand (8) und die Schotten (9) aus einer vom Kesselspeisewasser durchströmten Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,
dass im Abhitzekesselbereich (C) Klopfer und/oder Rußbläser zur Abreinigung der Strahlungskesselwand (8) vorgesehen sind.
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