EP2883942A1 - Verfahren und Anlage zur Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial - Google Patents

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EP2883942A1
EP2883942A1 EP14004094.0A EP14004094A EP2883942A1 EP 2883942 A1 EP2883942 A1 EP 2883942A1 EP 14004094 A EP14004094 A EP 14004094A EP 2883942 A1 EP2883942 A1 EP 2883942A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature gasifier
residual coke
synthesis gas
gas
coke
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14004094.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Halang
Thomas Heidrich
Gerald GAUBE
Ralf Tatschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP2883942A1 publication Critical patent/EP2883942A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
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    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for the at least partial gasification of solid, organic feedstock, in particular of biomass, with a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier.
  • Processes for the production of synthesis gas from solid, organic feedstock also referred to for short as gasification processes, are known.
  • coal or biomass are used as starting material for such processes.
  • biomass gasification processes for example, used wood and forestry wood or so-called energy wood, but also agricultural residues such as straw or chaff are used.
  • BTL Biomass to Liquids method
  • GTL gas-to-liquids
  • CTL coal-to- Liquids
  • An example of a plant for the production of BTL fuels is at Kiener, C. and Bilas, I .: Synthetic biofuel of the second generation. World's first commercial BTL production plant. Energy 2.0, July 2008, pp. 42-44 , shown.
  • the feedstock such as biomass
  • a gasification agent at temperatures between about 300 ° C and 600 ° C to coke (in the case of biomass so-called biococ) and carbonization reacted.
  • the implementation is referred to in this application as "smoldering". Smoldering is known to be characterized by substoichiometric oxygen supply and thus incomplete combustion at a comparatively low temperature.
  • the carbonization gas is then transferred to a combustion chamber of the high-temperature gasifier and there with an oxygen-containing gas, for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen
  • air and / or oxygen-containing exhaust gases e.g. from gas turbines or internal combustion engines
  • the synthesis gas produced in this way can be brought into contact with coke from the low-temperature gasifier.
  • the coke may be previously treated separately (e.g., by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
  • chemical quench By endothermic reactions between coke and synthesis gas (so-called chemical quench) the latter is cooled to a temperature of for example 800 ° C to 1200 ° C. This also causes partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
  • the carbon monoxide-rich synthesis gas produced in this way can then be further conditioned.
  • the conditioning includes, for example, a further cooling, a dedusting, a compression and / or the separation of residual carbon dioxide.
  • a dedusting device for example, a cyclone is used.
  • the coke (residual coke) which has partially reacted in the quench unit is separated off and can be returned to the oxidation unit of the high-temperature gasifier.
  • the syngas stream is contacted with a scrubbing liquid stream to receive undesirable components of the syngas stream into the liquid. Purified and conditioned synthesis gas is then taken from the plant.
  • the residual coke separated off from the syngas in the dedusting device is typically cooled by means of cooling screws and discharged via a container lock from the dedusting device or from the pressure atmosphere in which it is located.
  • the object of the invention is therefore a more efficient utilization of residual coke.
  • the invention is based on a known process for the at least partial gasification of solid, organic feedstock, for example biomass.
  • a tar-containing carbonization gas is recovered in a low-temperature gasifier by smoldering, as explained above.
  • the carbonization gas is then reacted in a high-temperature gasifier by partial oxidation and then partial reduction to a synthesis gas and further processed downstream of the high-temperature gasifier in appropriate treatment facilities.
  • the present invention is characterized in that it allows a more effective recycling and thus recovery of residual coke.
  • the residual coke separated off in the wet scrubbing is fed to the high-temperature gasifier in the form of a slurry.
  • slurry is understood to mean a suspension of residual coke particles in a suitable liquid, in particular water.
  • alkalis dissolved in the wet scrubbing are at least partially stripped off with an excess washing liquid.
  • Such a removal of excess washing liquid makes it possible to adjust a tolerable alkali content of the slurry in an effective manner.
  • residual coke accumulating in the dedusting device is also separated from the synthesis gas during dedusting and at least partially supplied to the high-temperature gasifier in support of the reduction.
  • the combination of a (dry) residual coke recycle with a (wet) residual coke slurry recycle in the high-temperature gasifier proves to be particularly advantageous, since depending on the specific operating conditions variations are conceivable. For example, it is possible to completely dispense with the dry separation of residual coke from the synthesis gas. In this case, the entire residual coke is then deposited over the slurry and recycled. It is also possible, a large part of the residual coke, in particular most of the residual coke, z. B.
  • the slurry system treats only the amount of residual coke that the cyclone does not deposit.
  • the system primarily serves to reduce the coke load of the wastewater.
  • the residual coke slurry is introduced via a filter into a residual coke slurry container.
  • a container can be used in a simple manner for the buffer of residual coke slurry.
  • a pressure within the residual coke slurry container is adjustable in a particularly simple manner by application of an inert gas, such as nitrogen or carbon dioxide.
  • FIG. 1 a system is shown, which is set up for carrying out the method according to the invention.
  • the plant comprises a low temperature carburetor 1 and a high temperature carburetor 2.
  • a solid organic feedstock A such as biomass such as wood or corresponding waste, as previously explained, are fed.
  • the low-temperature gasifier 1 is set up to blaze the solid organic feedstock A.
  • the Low temperature carburetor 1 externally, ie allothermic, for example, be heated to 300 to 600 ° C.
  • the provision of the heat can be done for example by the waste heat of the high-temperature gasifier 2.
  • the low-temperature gasifier 1 can also be heated autothermally, for example by partial oxidation of the carbon present in the solid organic feedstock A with a separately supplied oxygen G.
  • a line can be discharged from the low temperature carburetor 1 a carbonization B and transferred to the high-temperature carburetor 2.
  • the high temperature carburetor 2 is formed in two parts. It comprises an oxidation unit 21 and a quench unit 22.
  • the carbonization gas B is partially oxidized with a supplied oxygen-containing gas H, resulting in temperatures of, for example, 1400 ° C. to 2000 ° C.
  • the quench unit 22 the synthesis gas D is brought into contact with pyrolysis coke C from the low-temperature gasifier 10.
  • the carbon monoxide-rich synthesis gas D produced in this way is subsequently cooled in a cooling device 3 downstream of the quench unit 22, for example to a temperature of 600 to 800 ° C.
  • a cooling device 3 downstream of the quench unit 22, for example to a temperature of 600 to 800 ° C.
  • alkalis there is a condensation of alkalis, which are initially present in the gaseous state in the synthesis gas D, on the surface of the coke still present in the synthesis gas.
  • a dedusting device 4 Downstream of the cooling device 3 are a dedusting device 4, for example a cyclone, and a wet scrubber 5.
  • the dedusting device 4 the coke which has partially reacted in the quench unit 22, the so-called residual coke E, is separated and passed to the oxidation unit 21 of the high-temperature gasifier 2.
  • the synthesis gas stream is brought into contact with a washing liquid stream, in particular water, in order to take up undesired components of the synthesis gas stream into the liquid.
  • Sufficient Purified and conditioned synthesis gas F can then be taken from the plant and fed to downstream processes, for example for the production of synthetic biofuels.
  • scrubbing liquid for example water, in the wet scrubber 5
  • alkalies which are condensed on the remaining coke particles are dissolved in the scrubbing liquid, thus particularly containing the contaminated scrubbing liquid Residual coke particles, dissolved alkalis and other water-soluble constituents of the crude synthesis gas.
  • a circuit for washing liquid is provided, via which washing liquid can be withdrawn at an outlet 5a of the wet scrubber and, after passing through the circuit at an inlet 5b, can again be introduced into the wet scrubber.
  • a circulation pump 6, a backwashable filter 8 and a circulation cooler 10 is provided.
  • This detergent circuit serves for the extraction of washing liquid, which, as mentioned, in particular contains dissolved alkalis and residual coke.
  • washing liquid which, as mentioned, in particular contains dissolved alkalis and residual coke.
  • the filter 8 residual coke present in the scrubbing liquid is filtered out, and fed to a residual coke slurry container 12.
  • the washing water with the alkalis dissolved therein passes through the filter 8, and can either be withdrawn from the system as excess water via a valve 14, or returned to the wet scrubber 5 via the circulation cooler 10 and the inlet 5b.
  • the residual coke slurry container 12 can be acted upon to provide a slurry of a desired viscosity with a corresponding liquid, for example water.
  • the residual coke slurry container is provided with a mixing device 13 which can be driven by a motor 15.
  • An inert gas can be supplied to the residual coke slurry container 12 via a valve 18, whereby a desired pressure in the container can be provided.
  • residual coke slurry G is withdrawn from the residual coke slurry container via an outlet 12a and fed to the high-temperature gasifier 2.
  • the connection between the output 12a and the oxidation unit 21 of the high-temperature gasifier is not shown in detail.
  • the optional dedusting device 4 is partially or completely bypassable by means of a bypass line 20, in which a valve 22 is provided.
  • a valve 22 is provided.
  • complete circumvention of the dedusting 4 for example, by complete opening of the valve 22
  • the slurry system treats only the amount that the dedusting device 4 does not deposit.
  • the system is primarily used to reduce the coke load of the wastewater.
  • the slurry residual coking system described can be made considerably less expensive than residual coking systems according to the prior art.
  • such a residual coking system has substantially fewer mechanical moving parts, and therefore proves to be more reliable in practice.
  • the illustrated slurry residual coking system enables a reduction of the load of the waste water with coke, whereby a simplified wastewater treatment is provided.
  • the overall efficiency of the carburetor increases because no coke needs to be discarded. It turns out that such a slurry residual coking system requires less electrical energy than solutions according to the prior art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischem Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen wird, und das Schwelgas (B) anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, wobei das in dem Hochtemperaturvergaser (2) erzeugte Synthesegas (D) in einer Entstaubungseinrichtung (4) entstaubt und in einem Nasswäscher (5) einer Nasswäsche unter Verwendung einer Waschflüssigkeit unterzogen wird, wobei bei der Nasswäsche vom Synthesegas abgetrennter Restkoks zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser.
    • Stand der Technik
  • Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus festem, organischem Einsatzmaterial, auch kurz als Vergasungsverfahren bezeichnet, sind bekannt. Vorteilhafterweise kommen als Einsatzmaterial für solche Verfahren Kohle oder Biomasse zum Einsatz. Bei Biomassevergasungsverfahren werden beispielsweise Alt- und Waldrestholz oder sogenannte Energiehölzer, aber auch Agrarreststoffe wie Stroh oder Häcksel verwendet.
  • Durch eine Vergasung von Biomasse zu Synthesegas mit nachgeschalteten Verfahrensschritten (sogenannte Biomass-to-Liquids-Verfahren, BTL) kann beispielsweise synthetischer Biokraftstoff gewonnen werden, der in seinen physikochemischen Eigenschaften bekannten Gas-to-Liquids-(GTL-) und Coal-to-Liquids-(CTL-)Kraftstoffen ähnlich ist. Ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung von BTL-Kraftstoffen ist bei Kiener, C. und Bilas, I.: Synthetischer Biokraftstoff der zweiten Generation. Weltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage. Energy 2.0, Juli 2008, S. 42 - 44, gezeigt.
  • Verfahren und Anlagen zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischen Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei solche Verfahren bzw. Anlagen, die einen Niedertemperaturvergaser und einen Hochtemperaturvergaser aufweisen, wie nachfolgend erläutert. Gegenüber anderen Verfahren ermöglichen diese u.a. einen niedrigeren Verbrauch an Einsatzmaterial und weisen einen höheren Kaltgaswirkungsgrad auf.
  • In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 600 °C zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem Biokoks) und Schwelgas umgesetzt. Die Umsetzung wird im Rahmen dieser Anmeldung als "Schwelen" bezeichnet. Schwelen zeichnet sich bekanntermaßen durch unterstöchiometrisches Sauerstoffangebot und damit eine unvollständige Verbrennung bei vergleichsweise geringer Temperatur aus.
  • Das Schwelgas wird anschließend in eine Brennkammer des Hochtemperaturvergasers überführt und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise mit mehr oder weniger reinem Sauerstoff, aber auch mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Abgasen, z.B. aus Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren, partiell oxidiert. Durch diese Oxidation freiwerdende Wärme bewirkt einen Temperaturanstieg auf 1.200 °C bis 2.000 °C, beispielsweise 1.400 °C. Bei derartigen Bedingungen werden in dem Schwelgas enthaltene Aromaten, Teere und Oxoverbindungen vollständig zersetzt. Hierdurch bildet sich ein Synthesegas, das im Wesentlichen nur noch Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aufweist. Das Synthesegas kann an dieser Stelle auch als (Synthese-)Rohgas bezeichnet werden.
  • In einer weiteren Stufe, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, kann das auf diese Weise erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht werden. Der Koks kann zuvor gesondert (z.B. durch Mahlen und Sichten) aufbereitet und dann in die Quencheinheit eingebracht werden. Durch endotherme Reaktionen zwischen Koks und Synthesegas (sogenannten chemischem Quench) wird letzteres auf eine Temperatur von beispielsweise 800 °C bis 1200 °C abgekühlt. Dies bewirkt auch eine teilweise Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid.
  • Das auf diese Weise erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst beispielsweise eine weitere Abkühlung, eine Entstaubung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von Restkohlendioxid.
  • Bei der Abkühlung des kohlenmonoxidreichen Synthesegases (Rohgases) vor der Entstaubung kommt es zu einer Kondensation von im Rohgas vorhandenen gasförmigen Alkalien auf der Oberfläche der Kokspartikel.
  • Als Entstaubungseinrichtung wird beispielsweise ein Zyklon verwendet. In der Entstaubungseinrichtung wird der in der Quencheinheit teilweise abreagierte Koks (Restkoks) abgetrennt, und kann der Oxidationseinheit des Hochtemperaturvergasers wieder zugeführt werden. Im nachgeschalteten Gaswäscher wird der Synthesegasstrom mit einem Waschflüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht, um unerwünschte Bestandteile des Synthesegasstroms in die Flüssigkeit aufzunehmen. Gereinigtes und konditioniertes Synthesegas wird anschließend der Anlage entnommen.
  • Der in der Entstaubungseinrichtung vom Synthesegas abgetrennte Restkoks wird typischerweise mittels Kühlschnecken gekühlt und über eine Behälterschleuse aus der Entstaubungseinrichtung, bzw. aus der Druckatmosphäre, in der dieser sich befindet, ausgeschleust.
  • Um eine Alkaliaufkonzentration aufgrund von rückgeführtem Restkoks in der Oxidationseinheit des Hochtemperaturvergasers zu vermeiden, wird gemäß dem Stand der Technik nur ein Teil des Restkokses rückgeführt. Ein weiterer Teil des Restkokses muss verworfen, d. h. ohne weitere Verwendung aus der Anlage entfernt werden.
  • Dies führt zu verschiedenen Nachteilen. Zunächst ist der Wirkungsgrad des Gesamtsystems aufgrund einer teilweisen Nicht-Verwertung von Restkoks vermindert. Die Entfernung von Restkoks aus der Anlage erweist sich als relativ kompliziert und störanfällig. Schließlich muss der verworfene Restkoks entsorgt werden, was zu weiteren Kostensteigerungen führt.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher eine wirksamere Verwertung von Restkoks.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht von einem bekannten Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, aus. Aus dem Einsatzmaterial wird in einem Niedertemperaturvergaser durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen, wie zuvor erläutert. Das Schwelgas wird anschließend in einem Hochtemperaturvergaser durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt und stromab des Hochtemperaturvergasers in entsprechenden Aufbereitungseinrichtungen weiter aufbereitet.
  • Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine effektivere Rückführung und damit Verwertung von Restkoks gestattet. Durch die erfindungsgemäße Reinigung von Restkoks in einem Nasswäscher, und Rückführung dieses einer Nasswäsche unterzogenem Restkokses in den Hochtemperaturvergaser ist z. B. eine vollständige Rückführung des Restkokses möglich.
    • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
  • Es ist besonders bevorzugt, dass der bei der Nasswäsche abgetrennte Restkoks dem Hochtemperaturvergaser in Form eines Slurry zugeführt wird. Unter dem Begriff Slurry wird eine Suspension von Restkokspartikeln in einer geeigneten Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verstanden. Die Handhabung eines derartigen Slurry, insbesondere die Zwischenspeicherung und die Rückführung zum Hochtemperaturvergaser, erweisen sich als besonders unaufwändig.
  • Vorteilhafterweise werden im Rahmen der Nasswäsche gelöste Alkalien wenigstens teilweise mit einer Überschuss-Waschflüssigkeit abgezogen. Durch ein derartiges Abziehen von Überschuss-Waschflüssigkeit kann ein tolerierbarer Alkaligehalt des Slurry in wirksamer Weise eingestellt werden.
  • Zweckmäßigerweise wird auch beim Entstauben in der Entstaubungseinrichtung anfallender Restkoks vom Synthesegas getrennt, und wenigstens teilweise zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser zugeführt. Die Kombination einer (trockenen) Restkoksrückführung mit einer (nassen) Restkoks-Slurry-Rückführung in den Hochtemperaturvergaser erweist sich als besonders vorteilhaft, da je nach konkreten Betriebsbedingungen Variationsmöglichkeiten denkbar sind. Es ist beispielsweise möglich, vollständig auf die trockene Abscheidung von Restkoks aus dem Synthesegas zu verzichten. Hierbei wird dann der gesamte Restkoks über den Slurry abgeschieden und zurückgeführt. Es ist gleichfalls möglich, einen großen Teil des Restkokses, insbesondere den größten Teil des Restkokses, z. B. 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 %, trocken über den Zyklon abzuscheiden und dem Hochtemperaturvergaser zuzuführen. Das Slurry-System behandelt in diesem Fall nur die Menge an Restkoks, die der Zyklon nicht abscheidet. In dieser Variante dient das System in erster Linie dazu, die Koksbelastung des Abwassers zu senken.
  • Vorteilhafterweise wird der Restkoks-Slurry über einen Filter in einen Restkoks-Slurry-Behälter eingebracht. Ein derartiger Behälter kann in einfacher Weise zum Zwischenspeicher von Restkoks-Slurry eingesetzt werden.
  • Ein Druck innerhalb des Restkoks-Slurry-Behälters ist in besonders einfacher Weise mittels Beaufschlagung mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder Kohlendioxid, einstellbar.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1
    zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Anlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung.
    Ausführungsform der Erfindung
  • In Figur 1 ist eine Anlage dargestellt, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Anlage umfasst einen Niedertemperaturvergaser 1 und einen Hochtemperaturvergaser 2.
  • In den Niedertemperaturvergaser 1 kann ein festes organisches Einsatzmaterial A, beispielsweise Biomasse wie Holz oder entsprechende Abfälle, wie zuvor erläutert, eingespeist werden. Der Niedertemperaturvergaser 1 ist zum Verschwelen des festen organischen Einsatzmaterials A eingerichtet. Hierzu kann der Niedertemperaturvergaser 1 extern, d.h. allotherm, beispielsweise auf 300 bis 600 °C aufgeheizt werden. Die Bereitstellung der Wärme kann beispielsweise durch die Abwärme des Hochtemperaturvergasers 2 erfolgen. Des Weiteren kann der Niedertemperaturvergaser 1 auch autotherm, beispielsweise durch Teiloxidation des im festen organischen Einsatzmaterials A befindlichen Kohlenstoffes mit einem separat zugeführten Sauerstoff G aufgeheizt werden.
  • Über eine Leitung kann aus dem Niedertemperaturvergaser 1 ein Schwelgas B ausgeleitet und in den Hochtemperaturvergaser 2 überführt werden. Der Hochtemperaturvergaser 2 ist zweiteilig ausgebildet. Er umfasst eine Oxidationseinheit 21 und eine Quencheinheit 22. In der Oxidationseinheit 21 wird das Schwelgas B mit einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas H teilweise oxidiert, wodurch sich, Temperaturen von beispielsweise 1.400 °C bis 2.000 °C ergeben. In der Quencheinheit 22 wird das Synthesegas D mit Pyrolysekoks C aus dem Niedertemperaturvergaser 10 in Kontakt gebracht. Durch endotherme Reaktionen (sog. chemischer Quench) zwischen diesem Pyrolysekoks C und dem Synthesegas D wird letzteres beispielsweise auf eine Temperatur von 800 °C bis 1200 °C abgekühlt. Dies bewirkt auch eine teilweise Umsetzung von im Synthesegas D vorhandenem Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid.
  • Das auf diese Weise erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas D wird anschließend in einer der Quencheinheit 22 nachgeschalteten Kühleinrichtung 3 beispielsweise auf eine Temperatur von 600 bis 800°C abgekühlt. Bei einer derartigen Abkühlung kommt es zu einer Kondensation von Alkalien, die zunächst in gasförmigem Zustand im Synthesegas D vorliegen, auf der Oberfläche des im Synthesegas noch vorhandenen Kokses..
  • Der Kühleinrichtung 3 nachgeschaltet sind eine Entstaubungseinrichtung 4, beispielsweise ein Zyklon, und ein Nasswäscher 5. In der Entstaubungseinrichtung 4 wird der in der Quencheinheit 22 teilweise abreagierte Koks, der sogenannte Restkoks E, abgetrennt und zur Oxidationseinheit 21 des Hochtemperaturvergasers 2 geleitet.
  • Im nachgeschalteten Nasswäscher 5 wird der Synthesegasstrom mit einem Waschflüssigkeitsstrom, insbesondere Wasser, in Kontakt gebracht, um unerwünschte Bestandteile des Synthesegasstroms in die Flüssigkeit aufzunehmen. Ausreichend gereinigtes und konditioniertes Synthesegas F kann anschließend der Anlage entnommen und nachgeschalteten Verfahren, beispielsweise zur Gewinnung von synthetischen Biokraftstoffen, zugeführt werden.
  • Durch die in dem Nasswäscher 5 erfolgende Kontaktierung von kontaminiertem Synthesegas mit Waschflüssigkeit (beispielsweise Wasser erhält man, neben dem gereinigten Synthesegas, eine kontaminierte Waschflüssigkeit. Hierbei werden Alkalien, welche auf verbleibenden Restkokspartikeln kondensiert sind, in der Waschflüssigkeit gelöst. Die kontaminierte Waschflüssigkeit enthält somit insbesondere Restkokspartikel, gelöste Alkalien und andere wasserlösliche Bestandteile des Rohsynthesegases.
  • Es ist ferner ein Kreislauf für Waschflüssigkeit vorgesehen, über den an einem Ausgang 5a des Nasswäschers Waschflüssigkeit entnommen, und nach Durchlaufen des Kreislaufs an einem Eingang 5b wieder in den Nasswäscher eingebracht werden kann. In diesem Kreislauf ist eine Kreislaufpumpe 6, ein rückspülbarer Filter 8 sowie ein Kreislaufkühler 10 vorgesehen.
  • Dieser Waschmittelkreislauf dient zum Abzug von Waschflüssigkeit, welche, wie erwähnt, insbesondere gelöste Alkalien und Restkoks enthält. Mittels des Filters 8 wird in der Waschflüssigkeit vorhandener Restkoks ausgefiltert, und einem Restkoks-Slurry-Behälter 12 zugeführt. Das Waschwasser mit den hierin gelösten Alkalien passiert den Filter 8, und kann entweder über ein Ventil 14 als Überschusswasser aus dem System abgezogen werden, oder über den Kreislaufkühler 10 und den Eingang 5b wieder dem Nasswäscher 5 zugeführt werden.
  • Der Restkoks-Slurry-Behälter 12 ist zur Bereitstellung eines Slurrys einer gewünschten Viskosität mit einer entsprechenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, beaufschlagbar. Der Restkoks-Slurry-Behälter ist mit einer Mischeinrichtung 13, welche über einen Motor 15 antreibbar ist, vorgesehen. Über ein Ventil 18 kann dem Restkoksslurry-Behälter 12 ein Inertgas zugeführt werden, wodurch ein gewünschter Druck in dem Behälter bereitstellbar ist. Bei Bedarf wird Restkoks-Slurry G über einen Ausgang 12a aus dem Restkoks-Slurry-Behälter abgezogen und dem Hochtemperaturvergaser 2 zugeführt. Die Verbindung zwischen dem Ausgang 12a und der Oxidationseinheit 21 des Hochtemperaturvergasers ist nicht im Einzelnen dargestellt.
  • Die optionale Entstaubungseinrichtung 4 ist mittels einer Beipassleitung 20, in welcher ein Ventil 22 vorgesehen ist, teilweise oder vollständig umgehbar. Insbesondere bei vollständiger Umgehung der Entstaubungseinrichtung 4 (beispielsweise durch vollständige Öffnung des Ventils 22) kann auf eine trockene Abscheidung von Restkoks mittels der Entstaubungseinrichtung vollständig verzichtet werden, wobei in diesem Fall der gesamte Restkoks über die Leitung 20 (zusammen mit dem Synthesegas) in den Nasswäscher 5 eingeführt wird. Beispielsweise durch Einstellung des Ventils 22 kann in einfacher Weise bestimmt werden, welcher Anteil von Synthesegas über die Entstaubungseinrichtung, und welcher ein Teil von Synthesegas unter Umgehung der Entstaubungseinrichtung direkt in den Nasswäscher 5 eingeführt werden soll.
  • Bei vollständiger Schließung des Ventils 22 wird beispielsweise der größte Teil des Restkokses weiterhin über die Entstaubungseinrichtung 4 abgeschieden. In diesem Fall behandelt das Slurry-System nur die Menge, die die Entstaubungseinrichtung 4 nicht abscheidet. Bei dieser Einstellung dient das System in erster Linie dazu, die Koksbelastung des Abwassers zu senken.
  • Das beschriebene Slurry-Restkokssystem ist wesentlich kostengünstiger bereitstellbar als Restkokssysteme gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere weist ein derartiges Restkokssystem wesentlich weniger mechanisch bewegte Teile auf, und erweist sich daher als in der Praxis zuverlässiger. Das dargestellte Slurry-Restkokssystem ermöglicht eine Reduzierung der Belastung des Abwassers mit Koks, wodurch eine vereinfachte Abwasserbehandlung zur Verfügung gestellt ist. Der Wirkungsgrad des Vergasers insgesamt steigt, da keinerlei Koks verworfen werden muss. Es erweist sich, dass ein derartiges Slurry-Restkokssystem weniger elektrische Energie benötigt als Lösungen gemäß dem Stand der Technik.

Claims (8)

  1. Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischem Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen wird, und das Schwelgas (B) anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, wobei das in dem Hochtemperaturvergaser (2) erzeugte Synthesegas (D) in einer Entstaubungseinrichtung (4) entstaubt und in einem Nasswäscher (5) einer Nasswäsche unter Verwendung einer Waschflüssigkeit unterzogen wird, wobei bei der Nasswäsche vom Synthesegas abgetrennter Restkoks zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Nasswäsche abgetrennter Restkoks dem Hochtemperaturvergaser in Form eines Slurry zugeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Nasswäsche gelöste Alkalien wenigstens teilweise mit einer Überschuss-Waschflüssigkeit abgezogen werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entstauben in der Entstaubungseinrichtung (4) anfallender Restkoks vom Synthesegas getrennt und wenigstens teilweise zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Restkoks-Slurry über einen Filter (8) in einen Restkoks-Slurry-Behälter (12) eingebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck innerhalb des Restkoks-Slurry-Behälters (12) mittels eines Inertgases einstellbar ist.
  7. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Niedertemperaturvergaser (1), einem Hochtemperaturvergaser (2), einer Gaskühlungseinrichtung (3), einer Entstaubereinrichtung (4) und einem Nasswäscher (5), wobei eine Einrichtung (8, 12) vorgesehen ist, mittels der bei der Nasswäsche vom Synthesegas abgetrennter Restkoks zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser zugeführt werden kann.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8, 12) zur Bereitstellung eines restkokshaltigen Slurry ausgebildet ist.
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