WO2008132071A2 - Einsatz einer mischung von kohlendoxid und stickstoff als inertisierungs- und fördermedium in staubeintragsystemen für die kohlenstaubdruckvergasung - Google Patents

Einsatz einer mischung von kohlendoxid und stickstoff als inertisierungs- und fördermedium in staubeintragsystemen für die kohlenstaubdruckvergasung Download PDF

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Definitions

  • the subject of the application relates to a method for operating a Staubeintragsystems for pulverized coal gasification and an arrangement for dust introduction for pulverized coal gasification with the features of claims 1 and 4, respectively.
  • the subject of the application is the problem of further developing a method or an arrangement of a dust introduction system for the pulverized coal gasification in such a way that the nitrogen transfer into the subsequent gasification system and the associated disadvantages are limited.
  • the problem is solved by the features of claims 1 and 4, respectively.
  • the nitrogen N 2 / carbon dioxide CO 2 mixture ratio is measured according to the highest permissible proportion of nitrogen on Fordertechnischsemt ⁇ tt to the reactor in accordance with the highest permissible entry of nitrogen into the product gas of the gasification plant.
  • ⁇ is the contract system required heating expenses for trouble-free operation of the Staubem- increases
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a coal dust entry system according to the invention A standing under ambient pressure and heated bunker BK for storing solid FS, such.
  • As coal dust is heated as inerting and loosening medium heated nitrogen N 2 feedable.
  • N 2 heated nitrogen
  • the dust entry lock is as inerting and Fordermedium a nitrogen N 2 / carbon dioxide CO 2 mixture feedable with a temperature above the boundary to the two-phase region at high operating pressure.
  • the expansion gas is removed, depressurized via a multistage expansion device mEV to ambient pressure and dedusted in a subsequent filter F under ambient pressure.
  • the Feststoffübernähme from the dust entry locks in the Dosiergeflub DG done by gravity demand on a sufficiently sized down pipe. Two to four dust entry locks are used per dust entry system.
  • the fluidizing gas used is the nitrogen N 2 / carbon dioxide CO 2 mixture.
  • the fluidizing gas By the fluidizing gas, a partial fluidized bed is generated in the lower part of the Dosiergefackedes.
  • the coal dust from the state of a Staubschuttung in the fluidized bed and thus at the same time in the Forder gleich überbowt. Because of the preceding ones
  • injection gas the nitrogen N 2 / carbon dioxide CO 2 mixture is also used.
  • the injection gas is introduced into the Kohlenstaubforder Oberen. Injection gas feeds may be required to detect fast enough disturbances of the carbon dust feed to the reactor. According to the invention it is proposed, in ail geffuses to be operated under high pressure process ⁇ portions of the entry system, including the powder injection and the dosage to use a carbon dioxide-nitrogen mixture of the same composition.
  • thermodynamic properties of carbon dioxide are some special considerations.
  • pure carbon dioxide reaches the limit of the two-phase region even at ambient temperature at the desired process pressures above 40 bar. To avoid this, in all stages of the procedure, which are operated at or above the required procedures prints with carbon dioxide to always ensure suffi ⁇ accordingly high operating temperatures.
  • the mixture of the two inerting and Fordermedien is suitably produced and provided for use in Staubeintragsystem. Resulting from the use of carbon dioxide as ⁇ inerting and Fordergas problems, or the support system required heating effort for a trouble-free operation of the Staubem- be decreased with increasing nitrogen content in the mixture and thus decreasing the partial pressure of carbon dioxide.
  • the permissible nitrogen content in the mixture results from the still justifiable nitrogen input into the product gas of the gasification plant.
  • Typical mixing ratios carbon dioxide / nitrogen are 75/25, 60/40, 50/50, 40/60 or 25/75.
  • the carbon dioxide / nitrogen mixture is already taken over at the plant boundary with a sufficiently high temperature.
  • the cooling of the gas in the storage, forwarding and the process-specific use itself is counteracted by a suitable heating system.
  • the pressure of the to a small extent dust-laden expansion gas is reduced by multi-stage designed relaxation mEV mEV.
  • the dedusting of the flash gas is then carried out in a working under ambient pressure filter F.
  • the pipe section between dust entry lock and expansion device is heated to the polytropic
  • the expansion device is designed so that at the same time the relaxation noise is reduced.
  • Silencerplates be used as a relaxation device known, for example, known in the art. These cause a reduction in the relaxation noise on the one hand by multi-stage relaxation and on the other hand by dividing the total required bore cross-section on a variety of smaller holes. It is also a wear-protected control valve with downstream Silencer used. If these measures are not enough additional
  • Soundproofing measures such as by means of a sound-absorbing sheathing, can be used.

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Abstract

In einem Staubeintragsystem für die Kohlenstaubdruckvergasung, das einen Bunker (BK) zur Bevorratung des Kohlenstaubs, eine Anzahl von Staubeintragschleusen (SES) und ein Dosiergefaß (DG) umfasst, werden den mit Betriebshochdruck beaufschlagten Komponenten Staubeintragschleuse und Dosiergefäß als Inertisierungs- und Fördermedium bzw. Fluidierungsmedium eine Stickstoff N<SUB>2</SUB> / Kohlendioxid CO<SUB>2</SUB> -Mischung zugeführt. Die die Stickstoff N<SUB>2</SUB> / Kohlendioxid CO<SUB>2</SUB> -Mischung führenden Komponenten werden soweit beheizt, dass die Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet liegt. In vorteilhafter Weise ist, insbesondere für die Kohlenstaubdruckvergasung mit der Zielstellung Synthesegaserzeugung für die Produktion unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe, der durch das Staubeintragsystem bedingte Stickstoffanteil im Produktgas reduziert.

Description

Beschreibung
Einsatz einer Mischung von Kohlendoxid und Stickstoff als Inertisierungs- und Fordermedium in Staubeintragsystemen für die Kohlenstaubdruckvergasung
Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung und eine Anordnung zur Staubeintragung für die Kohlenstaub- druckvergasung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 4.
Als Inertisierungs- und Fordermedium in pneumatisch arbeitenden Staubeintragsystemen von Anlagen zur Kohlenstaubdruckvergasung wird üblicherweise Stickstoff aus der Luftzerlegungs- anläge eingesetzt. Diese Verfahrensvariante hat sich sowohl in Eintragsystemen für die Kohlenstaubinjektion in Hochofen als auch für Kohlenstaubdruckvergasungsanlagen bewahrt und ist technisch weitgehend ausgereift. Vorteilhafterweise werden hierbei das Entspannungsgas der Staubeintragsschleusen sowie das unter bestimmten Betriebsbedingungen im Dosiergefaß anfallende Uberschussgas vor der Abgabe in die Atmosphäre bereits unter erhöhten Betriebsdrucken in speziellen Filter- gefaßen entstaubt. Obwohl die Staubemtragssysteme auf der Basis der pneumatischen Dichtstromforderung mit sehr hohen Beladungsverhaltnissen arbeiten, überschreitet der Stickstoffeintrag in die Vergasungssysteme m vielen Fallen die zulassigen Grenzen. Ursache hierfür ist auch der in den meisten Anwendungsfallen ansteigende Verfahrensdruck. Insbesondere für die Kohlenstaubdruckvergasung mit der Zielstel- lung Synthesegaserzeugung für die Produktion unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe ergibt sich die Forderung nach einer Begrenzung des Stickstoffanteils im Produktgas.
Dem Anmeldungsgegenstand liegt das Problem zugrunde, ein Ver- fahren bzw. eine Anordnung eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung derart weiterzubilden, dass der Stickstoffemtrag in das nachfolgende Vergasungssystem und die damit einhergehenden Nachteile begrenzt werden. Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 4 gelost .
Erfmdungsgemaß wird der Forderung nach Begrenzung des Stickstoffanteils im Produktgas aus der Kohlenstaubdruckvergasung durch den Einsatz von Mischungen aus Kohlendioxid und Stickstoff als Inertisierungs- und Fordermedium im Kohlenstaubeintragsystem Rechnung getragen. Die mit der Stickstoff / Kohlendioxid -Mischung betriebenen Anlagenabschnitte werden soweit beheizt, dass eine Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet gegeben ist. In vorteilhafter Weise macht sich die Erfindung zu nutze, dass nicht samtliche Komponenten mit der Stickstoff / Kohlendioxid -Mischung betrieben werden müssen, vielmehr dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium - mit verringertem Aufwand gegenüber Kohlendioxid - erhitzter Stickstoff zugeführt wird.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird das Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischungsverhältnis nach dem hochstzulässigen Anteil von Stickstoff am Forderleitungsemtπtt zum Reaktor nach Maßgabe des hochstzulässigen Eintrags von Stickstoff in das Produktgas der Vergasungsanlage bemessen. Hier¬ bei wird der für einen störungsfreien Betrieb des Staubem- tragsystems erforderliche Beheizungsaufwand mit steigendem
Stickstoffanteil in der Mischung und damit sinkendem Partial- druck des Kohlendioxids vermindert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteranspruchen angegeben.
Der Anmeldungsgegenstand wird im Folgenden als Ausfuhrungs- beispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur naher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemaßen Kohlenstaub-Eintragsystems Einem unter Umgebungsdruck stehenden und beheizbaren Bunker BK zur Bevorratung von Feststoff FS, wie z. B. Kohlenstaub, ist als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff N2 zufuhrbar. Über eine Fordereinrichtung ist der Feststoff einer oder mehrerer unter einem Betriebshochdruck von beispielsweise 40 bar stehenden Staubeintragschleusen SES zufuhrbar. Der Staubeintragschleuse ist als Inertisierungs- und Fordermedium eine Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 - Mischung zufuhrbar mit einer Temperatur oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet bei Betriebshochdruck. Im oberen Bereich der Staubeintragschleuse wird das Entspannungsgas abgeführt, über eine mehrstufige Entspannungsvorrichtung mEV auf Umgebungsdruck entspannt und in einem nachfolgenden Filter F unter Umgebungsdruck entstaubt. Die Feststoffübernähme aus den Staubeintragschleusen in das Dosiergefaß DG erfolgt durch Schwerkraftforderung über eine ausreichend dimensionierte Fallleitung. Je Staubeintragsystem sind zwei bis vier Staubeintragschleusen im Einsatz.
Als Fluidisierungsgas wird die Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung genutzt. Durch das Fluidisierungsgas wird im Unterteil des Dosiergefaßes eine partielle Wirbelschicht erzeugt. Hierbei wird der Kohlenstaub aus dem Zustand einer Staubschuttung in den Wirbelschicht- und damit zugleich in den Forderzustand überfuhrt. Da durch die vorhergehenden
Verfahrensschritte sichergestellt wurde, dass das Luckenvolumen der Staubschuttung im Dosiergefaß mit der Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung gefüllt ist und für die Fluidisie- rung ebenfalls die Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung eingesetzt wird, besteht das Staubbegleitgas am Forderlei- tungsemtπtt zum Reaktor aus dieser Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung.
Als Injektionsgas wird ebenfalls die Stickstoff N2 / Kohlen- dioxid CO2 -Mischung genutzt. Das Injektionsgas wird in die Kohlenstaubforderleitungen eingeleitet. Injektionsgaszufuh- rungen können erforderlich werden, um Störungen der Koh- lenstaubzufuhrung zum Reaktor schnell genug zu erkennen. Erfindungsgemaß wird vorgeschlagen, in samtlichen unter Hoch¬ druck zu betreibenden Verfahrenabschnitten des Eintragsystems, namentlich der Staubeintragschleuse und das Dosier- gefaß, eine Kohlendioxid-Stickstoff-Mischung gleicher Zusammensetzung einzusetzen.
Um die aus dem Anfall von flussigem Kohlendioxid resultierenden Risiken bei seinem Einsatz als Inertisierungs- und For- dermedium in Kohlenstaubeintragsystemen zu vermindern bzw. um den erforderlichen Beheizungsaufwand bei Einsatz von reinem Kohlendioxid zu reduzieren, wird mit Mischungen der beiden Inertgaskomponenten Kohlendioxid und Stickstoff gearbeitet.
Wegen der thermodynamischen Eigenschaften von Kohlendioxid sind hierbei jedoch einige Besonderheiten zu beachten. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass reines Kohlendioxid bei den angestrebten Verfahrensdrucken oberhalb 40 bar bereits bei Umgebungstemperatur die Grenze zum Zweiphasengebiet erreicht. Um das zu vermeiden, sind in sämtlichen Verfahrensabschnitten, die bei bzw. oberhalb der erforderlichen Verfahrensdrucke mit Kohlendioxid betrieben werden, stets ausrei¬ chend hohe Betriebstemperaturen zu gewährleisten.
Die Mischung der beiden Inertisierungs- und Fordermedien wird in geeigneter Weise erzeugt und für den Einsatz im Staubeintragsystem bereitgestellt. Die aus der Verwendung von Kohlen¬ dioxid als Inertisierungs- und Fordergas resultierenden Probleme bzw. der für einen störungsfreien Betrieb des Staubem- tragsystems erforderliche Beheizungsaufwand werden mit steigendem Stickstoffanteil in der Mischung und damit sinkendem Partialdruck des Kohlendioxids vermindert.
Der zulassige Stickstoffanteil in der Mischung ergibt sich aus dem gerade noch vertretbaren Stickstoffeintrag in das Produktgas der Vergasungsanlage. Typische Mischungsverhaltnisse Kohlendioxid / Stickstoff sind 75/25, 60/40, 50/50, 40/60 oder 25/75.
Das Kohlendioxid / Stickstoff-Gemisch wird bereits an der Anlagengrenze mit ausreichend hoher Temperatur übernommen. Der Abkühlung des Gases bei der Bevorratung, Fortleitung sowie der verfahrensspezifischen Nutzung selbst ist durch ein geeignetes Beheizungssystem entgegenzuwirken.
Von besonderer Bedeutung ist es, die Temperatur des in der vorgeschalteten Mahltrocknungsanlage erzeugten Kohlenstaubs bis zum Forderleitungsemtπtt FLE in den Reaktor durchgangig auf einem ausreichend hohen Niveau zu halten. Aus diesem Grund wird auch der bei Umgebungsdruck arbeitende und mit Stickstoff als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium beaufschlagte Kohlenstaubbunker beheizt. Ebenso wird der zuge- fuhrte Stickstoff erwärmt, um eine Staubabkuhlung z.B. bei längeren Anlagenstillstanden zu vermeiden. Erfindungsgemaß ist eine durchgangige Beheizung in den Verfahrensabschnitten Gasspeicherung, -fortleitung und Dosiersystem selbst gegeben.
Um Probleme durch verminderte Einsatzdauer von Filterelemen- ten durch Anfall von flussigem Kohlendioxid infolge der poly¬ tropen Abkühlung des Mediums bei der Schleusenentspannung auszuschließen, wird auf die Entstaubung des Entspannungsgases unter erhöhtem Betriebsdruck verzichtet.
Der Druck des in geringem Maße staubbeladenen Entspannungsgases wird über mehrstufig ausgeführte Entspannungsvorπch- tungen mEV abgebaut. Die Entstaubung des Entspannungsgases erfolgt im Anschluss in einem unter Umgebungsdruck arbeitenden Filter F.
Der Rohrleitungsabschnitt zwischen Staubeintragschleuse und Entspannungsvorrichtung wird beheizt, um die polytrope
Entspannungskalte zu kompensieren und die zulassigen Arbeitsbedingungen des Entspannungsfilters einzuhalten. Die Entspannungsvorrichtung wird so ausgeführt, dass gleichzeitig die Entspannungsgerausche vermindert werden. Als Entspannungsvorrichtung werden beispielsweise in Fachkreisen bekannte, sogenannte Silencerplates eingesetzt. Diese bewir- ken eine Minderung der Entspannungsgerausche einerseits durch mehrstufige Entspannung und andererseits durch Aufteilung des insgesamt erforderlichen Bohrungsquerschnitts auf eine Vielzahl kleinerer Bohrungen. Es ist auch ein verschleißgeschutz- tes Regelventil mit nachgeschaltetem Silencer einsetzbar. Falls diese Maßnahmen nicht ausreichen sind zusätzlichen
Schallschutzmaßnahmen, wie zum Beispiel mittels einer schall- dammenden Ummantelung, einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Staubeintragsystems für die Kohlenstaubdruckvergasung, umfassend einen Bunker (BK) zur Bevorratung des Kohlenstaubs, der mit
Umgebungsdruck beaufschlagt wird, eine Anzahl von Staubeintragschleusen (SES) und ein Dosierge- faß (DG) , die mit Betriebshochdruck beaufschlagt werden, demzufolge der Bunker beheizt wird, dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff N2 zugeführt wird, der Staubeintragschleuse als Inertisierungs- und Fordermedium eine Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung zugeführt wird und dem Dosiergefaß als Fluidierungsmedium die Stickstoff N2 /
Kohlendioxid CO2 -Mischung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zugefuhrte Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung auf eine Temperatur aufgeheizt wird, oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet bei Verfahrenshochdruck (im Hochdruckbereich des Systems) .
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischungsverhältnis nach dem hochstzulässigen Anteil von Stickstoff am Forderlei- tungsemtritt zum Reaktor nach Maßgabe des hochstzulässigen Eintrags von Stickstoff in das Produktgas der Vergasungsan¬ lage bemessen wird.
4. Anordnung zur Staubeintragung für die Kohlenstaubdruckver- gasung, umfassend einen mit Umgebungsdruck beaufschlagten Bunker zur Bevorratung des Kohlenstaubs, eine mit Betriebshochdruck beaufschlagbare Staubeintrag¬ schleuse, ein mit Betriebshochdruck beaufschlagbare Dosiergefaß wobei der Bunker beheizbar ist, dem Bunker als Inertisierungs- und Auflockerungsmedium erhitzter Stickstoff zufuhrbar ist, der Staubeintragschleuse als Inertisierungs- und Fordermedium eine Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung zufuhrbar ist, dem Dosiergefaß als Fluidierungsmedium die Stickstoff N2 / Kohlendioxid CO2 -Mischung zufuhrbar ist.
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