EP3019794A1 - Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung des bei der vergasung anfallenden c-haltigen bodenprodukts - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung des bei der vergasung anfallenden c-haltigen bodenprodukts

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EP3019794A1
EP3019794A1 EP14736628.0A EP14736628A EP3019794A1 EP 3019794 A1 EP3019794 A1 EP 3019794A1 EP 14736628 A EP14736628 A EP 14736628A EP 3019794 A1 EP3019794 A1 EP 3019794A1
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oxidizer
gas
htw
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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    • F23J2900/01007—Thermal treatments of ash, e.g. temper or shock-cooling for granulation

Definitions

  • the invention is directed to a method and a device for the aftertreatment of the C-containing bottom product obtained in the gasification of carbonaceous fossil fuels in an HTW process in a gravitational direction below the fluidized bed.
  • a carbon-containing ash stream (so-called bottom product) is withdrawn at the bottom of the carburettor.
  • the bottom product is previously fed to an external furnace.
  • the energy use is incomplete and leads to deteriorated degrees of separation in the case of C0 2 separation.
  • the object of the invention is to achieve a more extensive oxidation by simple means to increase the carbon turnover in HTW carburetors.
  • this object is achieved according to the invention by the supply of an oxidizing agent by impingement of porous, ceramic elements, such as gas purging, foam ceramics od.
  • porous, ceramic elements such as gas purging, foam ceramics od.
  • a bottom product oxidizer below the fluidized bed With such a procedure is achieved that directly into the resulting bottoms product small distributed oxidizing agents can be introduced, such as C0 2 / steam.
  • This procedure also ensures that the bottom product is oxidized to such an extent that the ash leaving the plant corresponds at least to landfill class 2 (TA-Siedlungsanfall, ⁇ 5% TOC).
  • a part of the oxidizing agent is introduced via a below the entry of the bottom product in the oxidizer positioned conical element in the bottom product.
  • a first frusto-conical element may be e.g. serve as a distributor of the bottoms product in the bottoms oxidizer.
  • At least part of the oxidizing agent is introduced into the product to be treated via juxtaposed rinsing stones.
  • These flushing stones can have very different shapes, such as frustoconical, cylindrical, hemispheres or the like, without the invention being restricted to a particular design.
  • An advantageous embodiment of the invention is that the oxidation ⁇ medium is introduced with frusto-conical purging over the end face and the conical surface.
  • oxidizing agent 0 2 / steam or 0 2 / C0 2 o- the like which serves, for example, to avoid stationary ash agglomeration / -versinteronne.
  • the oxidizing agent is supplied in at least two levels.
  • the invention also provides a device, which is characterized in that for introducing the oxidant open-pore ceramic elements, such as gas purging blocks are provided, which are provided with frustoconical Gas Jesteine such with a gas-permeable end and a gas-permeable lateral surface ,
  • the invention also provides that the device is equipped with at least one measuring device for monitoring the C content in the bottom product, wherein the measurement is used in particular to control the discharge organs. Such a measurement of the C content can ensure that the ash leaving the device has the parameters necessary for landfill.
  • an embodiment of the invention is also that this measuring device is equipped for non-contact measurement by means of microwaves, including, for example, a measuring device can be used, as published for example by INDUTECH GmbH, Simmersfeld. Of course, other methods of measurement are possible.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a fluidized bed gasifier with integrated soil product oxidation
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a bottom product oxidizer and in
  • FIG. 1 shows a circuit diagram with a fluidized bed, generally designated 1.
  • carburetor which is downstream in the direction of gravity bottom product oxidation 2, as described in detail below.
  • the diagram shows a storage 3, for example, with a rotary valve 4, in which the product to be gasified is first passed through a weighing container 5, then via an entry lock 6 to a storage container 7. Thereafter, the product to be gasified is again fed to the fluidized-bed gasifier 1 via a rotary valve 4a via screws 8 and 8a.
  • the gas is passed through a recycle cyclone 9, wherein the gas is fed via a raw gas cooler 10 to a hot gas filter 11.
  • the bottom product oxidation in the plant part 2 is supplied with appropriate oxidants, generally designated 12, which may be 0 2 / steam, 0 2 / CO 2 or similar mixtures.
  • 2 shows in simplified form the bottom product gasifier 2 with oxidant supply according to arrow 12.
  • the introduction of the bottom product is indicated by an arrow 13.
  • the discharge of the bottom product indicates an arrow 14.
  • a surface formed of truncated cones 16 is indicated in a plane below the conical element 15
  • a plane is indicated as a plate 17 with naturally existing apertures.
  • This may be, for example, a grid-like element of porous ceramics.
  • a plane of frustoconical purging stones or ceramic stones is shown, which can be flowed through at their total area of gas, here also again Sufficient passages are available for the failing bottom product.
  • the gas flows are indicated overall with small arrows.
  • FIG. 3 A possible different arrangement of ceramic elements is shown in FIG. 3.
  • horizontally juxtaposed frustoconical elements are denoted 16a
  • vertically arranged frustoconical elements are 16b.
  • Pyramid-shaped elements 19 are shown there as well as hemispherical ⁇ shaped elements 20.

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Abstract

Mit einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Nachbehandlung des bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen in einem HTW-Verfahren anfallenden C-haltigen Bodenproduktes in Schwerkraftrichtung unterhalb der Wirbelschicht soll eine weitergehende Oxidation mit einfachen Mitteln zur Erhöhung des Kohlenstoffumsatzes in HTW-Vergasern erreicht werden. Dies wird durch die Zuführung eines Oxidationsmittels durch Beaufschlagung von offenporigen, keramischen Elementen (15-20), wie Gasspülsteinen, Schaumkeramiken od. dgl. in einem Bodenprodukt-Oxidator (2) erreicht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Nachbehandlung des
bei der Vergasung anfallenden C-haltiqen Bodenproduktes
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen in einem HTW-Verfahren anfallenden C-haltigen Bodenproduktes in Schwerkraftrich- tung unterhalb der Wirbelschicht.
Bei der Vergasung von aschehaltigen fossilen Brennstoffen im HTW-Vergaser unter stationären Wirbelschichtbedingungen wird am Boden des Vergasers ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom (sog. Bodenprodukt) abgezogen. Zur Ausnutzung der Energie und zur Erreichung der Deponiefähigkeit wird das Bodenprodukt bisher einer externen Feuerung zugeführt.
Aschen/Bodenprodukte aus Teilvergasungsprozessen, wie dem HTW-Verfahren, besitzen einen zu hohen TOC-Gehalt (Total Organic Carbon = oxidierbarer Kohlenstoff) für eine einfache Deponierung gemäß den Deponieklassen 1 / 2 der TA- Siedlungsabfall. Außerdem ist die Energienutzung unvollständig und führt im Fall von C02-Abtrennung zu verschlechterten Abtrenngraden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitergehende Oxidation mit einfachen Mitteln zu erreichen zur Erhöhung des Kohlenstoffumsatzes in HTW- Vergasern.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Zuführung eines Oxidationsmittels durch Beaufschlagung von offenporigen, keramischen Elementen, wie Gasspülsteinen, Schaumkeramiken od. dgl. in einem Bodenprodukt-Oxidator unterhalb der Wirbelschicht gelöst. Mit einer derartigen Verfahrensweise wird erreicht, dass unmittelbar in das anfallende Bodenprodukt kleinverteilte Oxidationsmittel eingebracht werden können, wie beispielsweise C02/Dampf.
Durch diese Verfahrensweise wird auch erreicht, dass das Bodenprodukt soweit oxidiert wird, dass die aus der Anlage austretende Asche mindestens der Deponieklasse 2 (TA-Siedlungsanfall; < 5 % TOC) entspricht.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Oxidationsmittels über ein unterhalb des Eintritts des Bodenproduktes in den Oxidator positioniertes, kegelförmiges Element in das Bodenprodukt eingebracht wird. Ein solches erstes kegelstumpfförmi- ges Element kann z.B. als Verteiler des Bodenproduktes im Bodenprodukt-Oxidator dienen.
In weiterer Ausgestaltung kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil des Oxidationsmittels über nebeneinander auf Abstand angeordnete Spülsteine in das zu behandelnde Bodenprodukt eingebracht wird. Diese Spülsteine können sehr unterschiedliche Formen aufweisen, etwa kegelstumpfförmig, zylindrisch, als Halbkugeln od. dgl., ohne dass die Erfindung auf eine bestimmte Gestaltung beschränkt wäre.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Oxidations¬ mittel bei kegelstumpfförmigen Spülsteinen über die Stirnfläche und die Kegelmantelfläche eingebracht wird.
Wie oben schon angedeutet, kann als Oxidationsmittel 02/Dampf oder 02/C02 o- der ähnliches eingesetzt werden, was beispielsweise zur Vermeidung von stationären Ascheagglomerationen/-versinterungen dient.
Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass im dem HTW-Vergaser nachgeschalteten Bodenprodukt-Oxidator das Oxidationsmittel in wenigstens zwei Ebenen zugeführt wird. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung vor, die sich dadurch auszeichnet, dass zur Einbringung des Oxidationsmittels offenporige keramische Elemente, wie Gasspülsteine vorgesehen sind, wobei bei kegel- stumpfförmigen Gasspülsteine solche mit einer gasdurchlässigen Stirn- und einer gasdurchlässigen Mantelfläche vorgesehen sind.
Die Erfindung sieht auch vor, dass die Vorrichtung mit wenigstens einer Messeinrichtung zur Überwachung des C-Gehaltes im Bodenprodukt ausgerüstet ist, wobei die Messung insbesondere der Regelung der Austragsorgane dient. Durch eine derartige Messung des C-Gehaltes kann gewährleistet werden, dass die die Vorrichtung verlassende Asche die zur Deponie notwendigen Parameter aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin, dass diese Messeinrichtung zum berührungslosen Messen mittels Mikrowellen ausgestattet ist, wozu beispielsweise eine Messeinrichtung eingesetzt werden kann, wie sie beispielsweise von der INDUTECH GmbH, Simmersfeld, publiziert ist. Natürlich sind auch andere Messmethoden möglich.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Wirbelschichtvergasers mit integrierter Bodenpro- dukt-Oxidation,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Bodenprodukt-Oxidators sowie in
Fig. 3 Möglichkeiten von Gasspülsteinen, Schaumkeramikelementen oder anderen hochporösen Keramiken innerhalb des Bodenprodukt-Oxidators.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild mit einem allgemein mit 1 bezeichneten Wirbelschicht- vergaser, dem in Schwerkraftrichtung unten eine Bodenprodukt-Oxidation 2 nachgeschaltet ist, wie sie im Einzelnen weiter unten näher beschrieben wird. Das Schaltbild zeigt eine Lagerung 3, z.B. mit einer Zellenradschleuse 4, in dem das zu vergasende Produkt zunächst über einen Wiegebehälter 5, anschließend über eine Eintragschleuse 6 zu einem Vorlagebehälter 7 geleitet wird. Danach wird das zu vergasende Produkt wiederum über eine Zellenradschleuse 4a über Schnecken 8 bzw. 8a dem Wirbelschichtvergaser 1 zugeführt.
Im Kopfbereich des Vergasers 1 wird das Gas über einen Rückführzyklon 9 geleitet, wobei das Gas über einen Rohgaskühler 10 einem Warmgasfilter 11 zugeführt wird.
Die Bodenprodukt-Oxidation im Anlageteil 2 wird mit entsprechenden Oxidations- mitteln, allgemein mit 12 bezeichnet, beaufschlagt, wobei es sich um 02/Dampf, 02/CO2 oder ähnliche Gemische handeln kann. In Fig. 2 ist vereinfacht der Bodenproduktvergaser 2 dargestellt mit Oxidationsmittelzufuhr gemäß Pfeil 12. Das Einbringen des Bodenproduktes ist mit einem Pfeil 13 angedeutet. Das Austragen des Bodenproduktes deutet ein Pfeil 14 an.
Um das Oxidationsmittel möglichst fein verteilt in das einfallende Bodenprodukt einbringen zu können, ist in der Bodenprodukt-Oxidation 2 in Fig. 2 eine Reihe von Möglichkeiten dargestellt, wobei die dort dargestellten Elemente aus hochporösen Keramiken gebildet sind, wie beispielsweise Gasspülsteine, Schaumkeramik od. dgl. Im Kopfbereich der Oxidation 2 ist ein kegelförmiges Element 15 dargestellt.
Lediglich als weitere Beispiele und nur prinzipiell angedeutet sind in Fig. 2 unterschiedliche Anordnungen und Gestaltungen der porösen Keramikelemente gezeigt. So ist in einer Ebene unter dem kegelförmigen Element 15 eine aus Kegelstümpfen 16 gebildete Fläche angedeutet, eine Ebene ist als Platte 17 mit selbstverständlich vorhandenen Durchbrüchen angedeutet. Hier kann es sich beispielsweise um ein gitterartiges Element aus porösen Keramiken handeln. Mit 18 ist eine Ebene aus kegelstumpfförmigen Spülsteinen bzw. Keramiksteinen dargestellt, die an ihren Gesamtflächen von Gas durchströmt werden können, wobei hier ebenfalls wieder ausreichende Durchtrittsöffnungen für das durchfallende Bodenprodukt vorhanden sind. Die Gasströme sind insgesamt mit kleinen Pfeilen angedeutet.
Eine mögliche unterschiedliche Anordnung von keramischen Elementen zeigt Fig. 3. Dabei sind horizontal nebeneinander angeordnete kegelstumpfförmige Elemente mit 16a bezeichnet, vertikal angeordnete kegelstumpfförmige Elemente mit 16b. Pyramidenförmige Elemente mit 19 sind dort ebenso dargestellt, wie halbkugel¬ förmige Elemente 20. Hier kann es sich selbstverständlich auch um entsprechende runde Scheiben handeln.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die Anzahl und die Anordnung der porösen Kegel beschränkt.
Bezuaszeichenliste:
1 Wirbelschichtvergaser
2 Bodenprodukt-Oxidation
3 Lagerung
4, 4a Zellenradschleuse
5 Wiegebehälter
6 Eintragschleuse
7 Vorlagebehälter
8, 8a Schnecken
9 Rückführzyklon
10 Rohgaskühler
11 Warmgasfilter
12 Oxidationsmittel
13, 14 Pfeil
15 kegelförmiges Element
16 Fläche
16a, 16b kegelstumpfförmige Elemente
17 Platte
18 Ebene
19 pyramidenförmige Elemente
20 halbkugelförmige Elemente

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Nachbehandlung des bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen in einem HTW-Verfahren anfallenden C-haltigen Bodenproduktes in Schwerkraftrichtung unterhalb der Wirbelschicht,
gekennzeichnet durch
die Zuführung eines Oxidationsmittels durch Beaufschlagung von offenporigen, keramischen Elementen (15-20), wie Gasspülsteinen, Schaumkeramiken od. dgl. in einem Bodenprodukt-Oxidator (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil des Oxidationsmittels über ein unterhalb des Eintritts des Bodenproduktes in den Oxidator (2) positioniertes, kegelförmiges Element (15) in das aus der Wirbelschicht ausgetragene Bodenprodukt eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil des Oxidationsmittels über nebeneinander auf Abstand angeordnete kegelstumpfförmige Spülsteine (16,18) in das zu behandelnde Bodenprodukt eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Oxidationsmittel bei kegelstumpfförmigen Spülsteinen (18) über die Stirnfläche und die Kegelmantelfläche eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Oxidationsmittel 02/Dampf oder 02/C02 od. dgl. eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im dem HTW-Vergaser nachgeschalteten Bodenprodukt-Oxidator (2) das Oxi- dationsmittel in wenigstens zwei Ebenen (12) zugeführt wird.
7. Vorrichtung zur Einbringung eines Oxidationsmittels in das bei einem HTW- Vergaser anfallende Bodenprodukt, wobei die Vorrichtung als Bodenprodukt- Oxidator (2) ein Unterteil des HTW-Vergasers bildet,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine perforierte Ebene aus einer Mehrzahl von Gasspülsteinen (16,18) im Bodenprodukt-Oxidator (2) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Einbringung des Oxidationsmittels offenporige keramische Elemente, wie Gasspülsteine (18) vorgesehen sind, wobei bei kegelstumpfförmigen Gasspülsteinen (18) solche mit einer gasdurchlässigen Stirn- und einer gasdurchlässigen Mantelfläche vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie mit wenigstens einer Messeinrichtung zur Überwachung des C-Gehaltes im Bodenprodukt ausgerüstet ist, wobei die Messung insbesondere der Regelung der Austragsorgane dient.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung zum berührungslosen Messen z.B. mittels Mikrowellen ausgestattet ist.
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