WO2014180923A1 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von kondensat aus vergasungsanlagen - Google Patents

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Thomas OEHMICHEN
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/26—Multiple-effect evaporating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/169—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with water treatments

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for the treatment of condensate, which results in the multi-stage cooling of synthesis gases from the gasification of carbonaceous starting materials.
  • the raw gas in the gasification of carbonaceous materials contains in addition to the main components H 2 , CO, C0 2 , CH 4 , H 2 0 and N 2 also undesirable trace components in the form of nitrogen compounds (NH 3 , HCN), halogen compounds (HCl, HF) or Sulfur compounds (H 2 S, COS) but also alkali metals (in particular K and Na) which are formed from the accompanying components of the raw material used.
  • the condensate takes part of the gaseous components such as C0 2 , H 2 S, S0 2 , S x , HCN, HCl and NH 3 and water-soluble hydrocarbons (phenols, organic acids) and non-water-soluble, condensing hydrocarbons on.
  • the contamination of the condensate is dependent on the concentration of the components in the gas phase, the temperature and the pH of the water.
  • AOP processes Advanced Oxidation Process
  • adsorption processes on water activated carbon for the removal of hydrocarbons
  • ion exchange, reverse osmosis and electrodeionization for desalination or adsorption on zeolites
  • stripping or MAP- Precipitation used at high ammonium concentrations.
  • GB 2 198 744 discloses the treatment of an aqueous condensate obtained in coal gasification, in which the condensate freed from solids is fed to a single-stage flash evaporation, in which the resulting vapor is recirculated as a gasification medium. Part of the brine is driven to increase the steam yield in the circuit while the other part is withdrawn from the circuit and fed to a combustion.
  • a disadvantage here proves that to achieve high concentrations, and thus lower waste streams very high circulation rates and high pumping capacities are necessary. Furthermore, the energy demand for steam generation in a single-stage flash evaporation is naturally very high. Another disadvantage turns out to be the fact that heat streams with a high temperature level are necessary to produce high-pressure steam.
  • a similar process variant is shown in the document EP 0 012 456, wherein, however, the condensate is completely passed into a flash evaporation in this, a part of the brine is used for wash cooling and only a small part of a disposal is supplied. The contaminated vapor phase is also burned.
  • a disadvantage of this method is that in the washing cooler, the sensed heat of the gas stream is converted into latent heat. Furthermore, the steam is no longer used in the process and only disposed of thermally. In addition, the high amount of wastewater proves to be disadvantageous.
  • Document DD 215 067 describes a process in which the product gas of a coal gasification under pressure is cooled in a washing cooler and condensed out in heat exchangers.
  • the condensate is subjected to a flash evaporation, wherein the resulting steam is used as a process steam via steam compressor and the brine is supplied to the wash cooler as washing water.
  • a part of the sump in the expansion tank is removed and disposed of.
  • the disadvantage in particular, is the energy-intensive circulation resulting from the low vapor yield, as well as the high expenditure on apparatus and energy for vapor compression.
  • the present invention is therefore based on the object, the treatment of an aqueous condensate obtained in the multi-stage direct and indirect cooling of this raw gas over the known from the prior art method to improve, so that in particular the purified water in the process, such as Generation of high-pressure process steam, can continue to be used. There should be as few waste streams as possible.
  • Another object of the invention is a concentration of impurities, so that it is possible to recover them as recyclables.
  • Another object of the present invention is to provide a highly energy efficient and flexible process which allows the use of low to medium temperature waste heat and which is suitable or readily adaptable to various gasification processes with a variety of carbonaceous feedstocks and, consequently, different condensate compositions. Also, the need for auxiliaries should be reduced to a minimum.
  • the plant according to the invention for the gasification of carbonaceous fuels to synthesis gas comprises a gasification device and is characterized in particular by the fact that the system comprises a multi-stage evaporation device wherein the evaporation device has at least one heating device for the condensate in which the condensate at a predeterminable pressure on a predeterminable Temperature can be heated and the evaporation device comprises a plurality of chambers and at least one heat exchanger and through these chambers heated by the heating device condensate - in particular in countercurrent - to the conductive heating condensate feasible, in which chambers the heated condensate by flash evaporation at least partially in the gaseous state can be converted and the resulting gaseous medium is fed to a heat exchanger for heat transfer to the condensing device to the heating means, wherein the gaseous medium in the heat exchanger to form a distillate to a predetermined temperature and in particular a temperature below the boiling point is cooled and in the liquid state from the heat
  • the condensate directly after its condensation still has the boiling point and preferably takes place by further heat losses in the system further cooling to a temperature below the boiling point.
  • the plant has a cleaning device for the synthesis gas downstream of the gasification device in particular, wherein the vaporization device is preferably connected to the cleaning device in such a way that condensate accumulating in the cleaning device can be supplied to the vaporization device.
  • the gasification device downstream purification device for the synthesis gas a preconditioning of the crude gas stream and thus a pre-cleaning of the condensate should be achieved.
  • This is intended to bring about a reduction of the dust and tar content, in particular with high dust loads and / or high tar loadings. Without separation, these would cause considerable problems in gas side downstream equipment such as heat exchangers and condensers.
  • hot gas cyclones or hot gas filters based on ceramic or metallic materials can be used.
  • thermal and / or catalytic crackers are suitable, since these convert the tars into valuable gas components such as CO and H 2 .
  • the tars can be used in downstream processes both energetically and materially.
  • the handling and processing of the condensate is considerably improved by the present invention of the gasification device downstream cleaning device for the synthesis gas, as this, as already illustrated, represent difficult to process media.
  • Preferred is a system which has means by which the condensate can be pre-cleaned in the gaseous state before cooling.
  • the pre-purification means preferably comprises means for removing solids from the gas.
  • the pre-cleaning means comprise means for removing tar compounds from the gas.
  • this device is suitable for converting the tar compounds primarily into hydrogen, carbon monoxide and short-chain hydrocarbons.
  • the pre-cleaned by means of a device for pre-cleaning gas stream is fed to a multi-stage gas cooling.
  • the inlet temperature of the raw gas depends on the gasification technology used, but is often above the tar condensation temperature, since this avoids fouling and clogging of piping and equipment.
  • the temperature after cooling depends on the desired water vapor content and the gasification pressure. Another significant factor determining the cooling temperature is the tarmac required for the process.
  • a gas scrubber is integrated to increase the mass transfer area. In this, the gas stream is brought back into contact with part of the condensate.
  • a scrubber advantageous jet or Venturi scrubber can be used. These also offer the advantage of fine dedusting.
  • a second wash consisting of packed columns or tray columns of the first washing stage can be connected downstream.
  • the system preferably has a separating device, by means of which the solids contained in the condensate as well as all substances not dissolved in the water, such as oil droplets, can be separated off. These leave as a waste stream the separation apparatus and can either be returned to the gasifier, be sent to incineration or disposed of.
  • a separating device by means of which a part of the liquid issuing from the evaporation device can be combined with the condensate produced in the cleaning device and again into the evaporation device is feasible and another part of the liquid emerging from the evaporation device from the plant can be discharged.
  • Another essential aspect of the present invention is a process for treating condensate from gasification of carbonaceous fuels to synthesis gas in a plant for gasification of carbonaceous fuels to synthesis gas, wherein the condensate is formed in a cooling and purification of the synthesis gas, characterized in that the Condensate a multi-stage evaporator with multiple, ie at least two chambers, at least one heat exchanger and at least one heating device for the condensate is supplied, wherein the condensate is heated in the heating device at a predeterminable pressure to a predetermined temperature and then fed to one of the chambers in countercurrent to the condensate flowing to the heating device in which at least partial evaporation of the condensate takes place by flash evaporation and in which the resulting gaseous medium is used to heat a heat exchanger for heating the condensate flowing to the heating device and at least partially liquefies to form a distillate.
  • the condensate is passed through at least one heat exchanger of the evaporation device to the heating device, brought there to a predeterminable elevated temperature and - especially in the opposite direction - again supplied to the evaporation device, wherein therein (and after the increase in the condensate temperature by the heating device) the evaporation of the condensate by means of flash evaporation and the evaporation takes place in several ie at least two stages.
  • the condensate is preferably supplied stepwise to a multiplicity of expansion chambers, with one part of the condensate or its solvent (eg (and usually mostly water) evaporating) and the remaining liquid or brine (sump) being further evaporated Evaporation is fed into the next relaxation room.
  • the resulting vapor is preferably deposited in each stage (chamber) of capacitors and discharged as a condensed liquid or distillate.
  • capacitors are preferably designed as heat exchangers in some chambers, particularly preferably all chambers, by means of which the condensate flowing to the heating device can already be pre-tempered (ie, heated).
  • the heat for the final heating of the condensate in the heating device is discharged directly or indirectly from processes which cause cooling of the synthesis gas.
  • the discharged distillate has an elevated temperature, it is preferable to use it as feedwater for the production of process steam. It may be necessary to pre-heat the distillate before use as feed water.
  • the heat can be used, which arises in the inventive cooling of the raw gas gasification.
  • the energy for the evaporation is provided for the purposes of the invention from the heat of reaction of the reaction of the synthesis gases.
  • a portion of the condensate not evaporated in the chambers during the flash evaporation is removed from the evaporator and is combined with the condensate formed during the cooling and purification of the synthesis gas and passed again into the evaporation device and another part of the not evaporated in the chambers in the flash evaporation condensate is discharged from the plant.
  • a part of the liquid emerging from the last evaporator stage is preferably again pressurized and through at least a portion of the preheater stages and the final heater again led to the first evaporator stage.
  • the mixing of circulating water and condensate can take place outside of the relaxation room in a separate vessel or advantageously in the last expansion stage.
  • the condensate is degassed. Escaping gases are preferably removed via corresponding devices (eg valves).
  • the condensate is preferably stripped before evaporation (with steam or otherwise). Stripping preferably takes place in situ by flash evaporation.
  • the condensate flowing through the preheating and the final heater be brought to an elevated pressure, which is above the vapor pressure of the condensate after the final heater.
  • this pressure should also be above the vapor pressure associated with the inlet temperature of the heating medium flowing into the final heater.
  • the pressure increase is preferably carried out at the latest at a point which is below the point at which the condensate begins to boil. Since vaporization leads to an accumulation of dissolved salts and other substances which are not vaporizable under the process conditions, supersaturation can cause the formation of local material deposits. To counteract this, it is provided that preferably a certain proportion of the brine is continuously removed from the process.
  • the maximum degree of thickening is mainly determined by the raw material to be gasified and the gasification process.
  • the salt load and chemical composition of the condensate can therefore vary greatly from process to process. In principle, a high concentration should be striven for, since fewer waste streams are produced. However, the maximum concentration is coupled to the least soluble salt. It is known that, in particular, salts of Al, Ca, Mg, F, Fe and Si cause deposits, with Si0 2 , CaF 2 , MgF and iron cyanide in particular being classified as problematic.
  • the salt gradient over the number of stages is to be set so that no precipitation occurs in the evaporation chambers but only after the last stage in the brine effluent.
  • the discharged brine can be fed to further process steps. If the calorific value is sufficiently high, oil or gas assisted combustion is possible. Alternatively, brine streams can be sent for disposal.
  • the dissolved salts can be recovered from the brine. Preference is therefore given to a process variant in which the condensate not evaporated in the chambers during the flash evaporation is subjected to a value added of the salts contained therein.
  • the advantages of the multi-stage compared to a single-stage flash evaporation are that at constant total temperature difference or constant pressure difference between the incoming pressure water and the effluent from the last stage brine, i. with the same energy content, a higher steam or distillate yield is possible, which also leads to lower circulation rates. Furthermore, an increase in the number of stages leads to improved heat recovery during condensation and thus to a lower heat requirement during final heating.
  • Non-condensable constituents can accumulate.
  • the presence of such compounds reduces the efficiency of vapor condensation, as they form a kind of insulating layer around the heat exchangers in the capacitors due to their low thermal conductivity.
  • gas components must be removed from the chambers, which can be realized, for example, with the aid of a blower.
  • Non-condensable compounds include above all volatile hydrocarbons and physically dissolved gas constituents of the synthesis gas. Because of the still existing calorific value, these can advantageously be subjected to combustion. With the help of a blower, it is also possible to set a negative pressure in the last chamber, so that temperatures of less than 100 ° C are possible in the brine.
  • Thermo oils, superheated low and high pressure steam or saturated steam can be used as the heat transfer medium for the final heating of the condensate. It must be taken into account here that the temperature difference between the exiting condensate and the incoming heating medium is minimized, since otherwise very high pressures in the condenser would occur. would require. Particularly advantageous is the use of saturated steam, as this ensures a very good heat transfer in addition to a very uniform temperature distribution in the heating circuit. As a heat source can advantageously be used, the waste heat, which is obtained during the cooling of the gas stream of the gasification.
  • the inlet temperature of the condensate into the expansion chambers of the evaporator is a process-specific parameter. In the sense of a high distillate yield per passage and consequently lower circulation rates and pumping costs, a high temperature level should be aimed for. If the final heating is not carried out with additional fuel but with waste heat from the process, the upper limit is limited by the temperature level of existing waste heat flows. Another important point arises from the decreasing solubility of some salts with increasing temperature. These include compounds such as CaS0 4 , CaC0 3 or Mg (OH) 2 which also have a very low solubility. In this case, the temperature range and the concentration of the salts should be adjusted so that no precipitation takes place during the heating.
  • the dissolved salts remain on evaporation in the brine, so as to ensure that entrained liquid droplets are retained by the vapor phase.
  • corresponding devices such as, for example, droplet separators in the form of demistors, are provided.
  • the brine contains all high-boiling organic compounds.
  • the vapor phase which is virtually free of halogens, consists of the more volatile organic constituents, ammonia (NH 3 ), hydrogen sulphide (H 2 S) and gases physically dissolved in the condensate.
  • the vapor fraction may still contain portions of HCN.
  • the distillate is used for the production of process steam.
  • the recovered distillate can be used in evaporators to recover high pressure process steam.
  • the waste heat or reaction heat of reactions of the synthesis gases such as methanol production, methanation, Fischer-Tropsch synthesis or ammonia synthesis can be used as a heat source for steam generation.
  • Particularly preferred is a process variant in which the process steam is used as a gasification agent for the gasification of the carbonaceous fuels.
  • the recovered high-pressure steam is used as a gasification agent for the gasification process, it can be exploited that contamination of the steam by NH 3 , HCN or volatile hydrocarbons then plays a subordinate role due to the further use and the resulting chemical reactions.
  • Ammonia is partially broken down into its elements in the gasifier or tar cracker, HCN can be hydrolyzed, and the hydrocarbons are reformed.
  • Preference is given to a process in which reaction heat of reactions of the synthesis gas is used for the purpose of generating steam. As a result, a particularly efficient thermal utilization of the heat of reaction of reactions of the synthesis gas is possible.
  • a purification of the synthesis gas is carried out. It is possible that certain components are filtered out during this cleaning.
  • This tar separation can also be effected by a cracking or cracking of tar.
  • a purification of the condensate is carried out. In particular, this cleaning of the condensate is fed before it is fed to the system.
  • Fig. 1 a flow chart of the method
  • FIG. 1 illustrates, by way of example, a possible flow diagram of the process.
  • the carbonaceous starting material 2 is introduced into a gasification reactor 1, eg, a gasification reactor 1.
  • B aellesfest- bed gasifier or a fluidized bed gasifier introduced, in which it is reacted with the gasification agent 3.
  • the resulting ash 4 is removed from the reactor.
  • the product gas consisting of the gaseous reaction products, unreacted gasification agents, dust and aerosol-shaped and / or liquid tars and other constituents, is led out of the gasifier via line 5 and introduced into a dedusting device 6.
  • measures according to the prior art such as hot gas cyclones and / or hot gas filters (eg bulk material filters, ceramic filters or metal filters) can be used.
  • the separated dust / solid 7 can be disposed of. If the dust consists largely of unreacted biomass particles, a return of these in the carburetor (not shown) is advantageous.
  • FER ner the gas is supplied to a Entte für assusky.
  • the tars can be separated, for example, by condensing over the line 10.
  • By supplying heat 9 and / or by adding oxygen-containing gases 9 and associated partial oxidation endothermic cracking and reforming reactions are enabled, by which the tars are converted into more valuable gas constituents such as H 2 and CO be implemented.
  • adsorptive or absorptive processes can also be used for tar removal.
  • the pre-cleaned, so dedusted and entteerte gas is fed to a multi-stage gas cooling.
  • the gas stream is cooled. It is also possible in a further embodiment of the invention that more than two cooling stages are used.
  • the cooling temperature depends on the desired water vapor content and the gasification pressure. If, for example, the gas is to be dried to a water content of 0.5% by volume, the gas must be cooled to 2 ° C.
  • the water-soluble gas constituents and impurities such as, for example, HCl
  • the gas cooling is combined with gas scrubbing.
  • the gas is first introduced in a Venturi or free-jet scrubber 13, in which an additional fine dedusting takes place.
  • the gas passes through a further scrubber 14, which may consist of a packed body or tray column. It may be advantageous in this case to add a pH-increasing or decreasing fluid to the washing medium via the line 15, so that the separation efficiency in the second scrubber 14 is improved.
  • At least partially pre-cleaned condensate is used in all the scrubbers in this preferred embodiment.
  • the discharged condensate which is obtained depending on the process conditions at a temperature of 30 to 200 ° C, is fed to a treatment 16, in which all components not dissolved in the water such as dust particles and oil drops are separated and removed via line 17 from the system.
  • a treatment 16 in which all components not dissolved in the water such as dust particles and oil drops are separated and removed via line 17 from the system.
  • These can be disposed of, advantageously subjected to combustion or, particularly advantageously, returned to the gasification apparatus (not shown).
  • sedimentation or flotation can be used for very fine solids flocculation can be used in addition.
  • a portion of the pre-cleaned condensate can be added via the line 18 by means of the pump 19 to the scrubbers 13 and 14 as a washing medium.
  • the remaining part is fed via a feed line 20 by means of a pump 21 to an evaporation unit 23, which consists of a plurality of individual chambers k-k- n .
  • the condensate is mixed in a pre-mixer 22 with a circulated from the evaporator and concentrated liquid 28 and preheated and further heated by a plurality of heat exchanger 24 and a final heater 25, in which a heating to a temperature of 120 to 320 ° C. takes place.
  • the thus heated condensate and the heated circulation stream are successively several chambers k- ⁇ - k n fed, in which each evaporates a portion of the stream by flash evaporation, and the non-evaporated part, the brine, the next chamber is added, in which another evaporation takes place.
  • the resulting vapor stream is condensed at heat exchangers 24 and removed as distillate 27 at a temperature of 40 to 200 ° C and a pressure of 0.1 to 16 bar (a) by means of a pump 26 from the evaporator and made available to other applications.
  • the released latent heat is, as described, used for preheating.
  • a part of the non-evaporated brine leaving the last stage is pressurized again at a temperature of 45 to 210 ° C. and a pressure of 0.1 to 19 bar (a) by means of a pump 29 and Premixer 22 mixed with the condensate 20 and cooled and fed through the heat exchanger 24 and the end heater 25 again to the evaporation process.
  • the non-recirculated part of the brine 31 is removed from the system and can be made available to further process steps (not shown). If the calorific value is sufficiently high, an oil or gas-assisted combustion. Otherwise, another disposal is necessary.
  • the salts dissolved in the brine which consist mainly of ammonium chloride in the case of chlorine-containing feedstocks, can be recovered.
  • crystallizers or dryers are suitable (not shown).
  • thermo-technical relationship between the distillate temperature and the temperature of the inflowing condensate in the evaporator, wherein the condensate temperature should always be less than the distillate temperature.
  • This temperature difference must be the greater the higher the temperature span between the final heater and the last evaporation chamber, the greater the return rate and the smaller the number of evaporator stages. Since even in the multi-stage flash evaporation no complete heat recovery is possible, this excess heat from the evaporation process is largely removed and used to preheat the condensate. Another waste heat flow is the separated brine. If the requirements of the process are such that this minimum temperature difference can not be guaranteed, the heat must be removed from the circuit otherwise. This can be realized, for example, by cooling the recirculated brine prior to addition to the premixer 22 by means of a heat exchanger (not shown).
  • the pressure increase by the pumps 21 and 29 must be so high that the pressure after the increase is greater than the vapor pressure of the condensate after the final heating 25, and advantageously greater than the vapor pressure of the condensate at the temperature with which the heating medium flows into the final heater.
  • Typical pressures are in the range of at least 2 bar to 100 bar (g).
  • non-condensable compounds may accumulate in the chambers of the evaporator.
  • a blower 32 with which it is also possible to set a negative pressure in the system, so that brine temperatures below 100 ° C are possible.
  • discharge valves can be used in process overpressure.
  • the vented gases can be disposed of thermally in a combustion chamber 33. It is therefore advantageous to pretreat the condensate for the purpose of degassing before entering the premixer (not shown). For this purpose, stripping methods (with steam or other gases).
  • the condensate at elevated temperature of a partial pre-evaporation by flash evaporation (in situ stripping) are subjected.
  • non-condensable dissolved gases and other volatile substances for example, some ammonium salts
  • This step can also be used to reduce the temperature in the condensate, for. B. to allow lower distillate temperatures.
  • the composition of the vapor phase can be adjusted.
  • Setting the pH above 10 to 12 prevents cyanides from entering the vapor.
  • the condensate may be supplied via line 34 with a pH-increasing medium, e.g. Sodium hydroxide solution can be added.
  • the distillate can be heated in a preheater 35 and used as feed water for a steam generator 36 for generating process steam 38, wherein the waste heat of a chemical reaction of the synthesis gas 37 is used as heat of vaporization.
  • FIG. 2 shows a process variant in which the degassing of the condensate is integrated in the evaporator.
  • the evaporator in the process shown in Figure 1 consists of only a part with a plurality of chambers k- ⁇ - k n , in which the heat is recovered
  • the evaporator shown in Figure 2 consists essentially of a heat recovery part 40 with a plurality to chambers n-n n and a cooling part 39 having a multiplicity of chambers mi n m.
  • the condensate is passed through the condensate line 41 and a pump 42 through the heat exchanger tubes 49 of the cooling part, wherein a partial flow via the line 43 and corresponding pump 44 and if necessary additionally by a heat exchanger not shown the line 18 is added and the other part via a Feed line 45 is placed in the last chamber of the heat recovery part, whereby a mixing takes place with the recirculated concentrated brine.
  • the degassing of the condensate in the last stage is made possible, so that a separate premixer 22, as shown in FIG. 1, can be saved.
  • the inlet temperature of the condensate in the last stage of the cooling part is at the same level as the temperature of the brine in the last stage of the cooling section.
  • the common stream of condensate and brine is brought from the last stage of the cooling part by means of a pump 46 to an elevated pressure, passed through line 47 through the heat exchanger tubes 48 of the heat recovery part 40 and brought in an end heater 25 to an elevated temperature.
  • the thus heated stream is successively several chambers n-n n of the heat recovery section and then several chambers mi n m supplied to the cooling part, in which each part of the stream evaporated by flash evaporation, and the non-evaporated part, the brine, the next chamber is added, in which a further evaporation takes place.
  • the resulting vapor stream is condensed at heat exchangers 48 and the heat exchangers 49 and led out as distillate 27 at a temperature of 40 to 200 ° C and a pressure of 0.1 to 16 bar (a) via the pump 26 from the evaporator ,
  • the liberated latent heat is used in the heat recovery part for preheating the recirculated brine and the condensate stream and used in the cooling part for preheating the condensate. From the last stage of the cooling part, excess brine can be removed from the circuit via the pump 31 and the line 30.
  • the pressure increase with the pump 42 should be such that the condensate does not start to boil in the heat exchangers 49 and the pressure after the heat exchangers is greater than the pressure in the last chamber of the cooling part.
  • the pressure after the increase is greater than the vapor pressure of the condensate after the final heating 25, and advantageously greater than the vapor pressure of the condensate at the temperature at which the heating medium flows into the final heater.
  • Typical pressures are in the range of at least 2 bar to 100 bar (a).
  • the cooling part can accumulate non-condensable gases. These are drawn off by means of a blower 32 from this and preferably disposed of thermally in a combustion chamber 33.
  • the blower can be replaced by a discharge valve at process overpressure.
  • appropriate discharge devices can also be provided in some previous chambers.
  • the condensate pH By adjusting the condensate pH, the composition of the vapor phase can be adjusted. Setting the pH above 10 to 12 prevents cyanides from entering the vapor.
  • the condensate (analogous to the variant shown in FIG. 1) can be added via line 34 to a pH-increasing medium.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wobei das Kondensat bei einer Kühlung und Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren Kammern, mindestens einem Wärmetauscher und mindestens einer Erwärmungseinrichtung für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat einer der Kammern zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und in der das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise unter Bildung eines Destillats verflüssigt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Kondensat aus Vergasungsanlagen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Kondensat, welches bei der mehrstufigen Abkühlung von Synthesegasen aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien entsteht. Das Rohgas bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Materialien enthält neben den Hauptkomponenten H2, CO, C02, CH4, H20 und N2 auch unerwünschte Spurenkomponenten in Form von Stickstoffverbindungen (NH3, HCN), Halogenverbindungen (HCl, HF) oder Schwefelverbindungen (H2S, COS) aber auch Alkalimetalle (insb. K und Na) welche aus den Begleitkomponenten des eingesetzten Rohstoffes entstehen. Ferner können je nach angewandter Vergasungstechnologie und eingesetztem Rohstoff größere Mengen an höhersiedenden Kohlenwasserstoffen (z.B. Naphthalin oder Phenol), den so genannten Teeren und Staub enthalten sein. Beim Abkühlen des Rohgases nimmt das Kondensat einen Teil der gasförmigen Komponenten wie C02, H2S, S02, Sx, HCN, HCl und NH3 sowie wasserlösliche Kohlenwasserstoffe (Phenole, org. Säuren) und nicht wasserlösliche, kon- densierende Kohlenwasserstoffe auf. Die Verunreinigung des Kondensates ist dabei von der Konzentration der Komponenten in der Gasphase, der Temperatur sowie dem pH-Wert des Wassers abhängig. Ein Teil der gelösten Gaskomponenten kann im Wasser noch weiter reagieren, so dass eine Vielzahl von Kat- und Anionen entstehen können. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Teerbeladung von Produktgasen aus der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Biomasse oder Kohle, im Bereich von 1 bis 100 g/m3 liegen kann (T.A. Milne, Biomass Gasifier "Tars": Their Nature, Formation, and Conversion, National Renewable Energy Laboratory, 1998). Beim Abkühlen und Auskondensieren bedingen solche hohen Teerlasten stark ver- unreinigte Abwässer. Diese stellen ein Gemisch aus ineinander unlöslichen Phasen dar, bestehend aus einer wässrigen Phase mit gelösten anorganischen und organischen Verunreinigungen sowie suspendierten Feststoffen (wie Flugasche und/oder pyrolisierter Partikel aus dem Einsatzstoff) und aus einer wasserunlöslichen, flüssigen Phase, die sich beim Auskondensieren der Teere bildet. Aufgrund ihrer Komplexität sowie dem Gehalt an wasserunlöslichen Komponenten ergeben sich ungünstige Produkteigenschaften, welche nachfolgende Aufbereitungsschritte erschweren. Oftmals weisen solche Abwässer schlechte Phasentrennungseigenschaften auf, da Wasser und Teere/Öle zur Emulsionsbildung neigen. Zudem erschwert der hohe Wasserüberschuss eine gezielte, sinnvolle Verwertung dieser Stoffe. Es ist daher von Vorteil, dass man vor dem Abkühlen des Gasstromes den Gehalt an Teeren reduziert. Hierfür kommen beispielsweise physikalische Methoden wie olbasierter Wäscher in Frage, in welchen die abgeschiedenen Teere aber nur ungenügend weiter genutzt werden können, oder, besonders vorteilhaft, Cracking und Reformierungs- verfahren, in welchen die Teere in nutzbare Gasbestandteile wie H2 und CO umgewandelt werden.
Für die Prozesswasseraufbereitung ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl an erprobten Technologien bekannt. Für die Feststoffabtrennung werden Verfahren wie Sedimentation, Filtration, Flotation oder auch Flockung angewandt. Weiterhin werden AOP-Prozesse (Advanced Oxidation Process) für die Reduzierung der organischen Fracht und oxidierba- rer anorganischer Verbindungen, Adsorptionsverfahren an Wasseraktivkohle für das Entfernen von Kohlenwasserstoffen, Ionenaustauscher, Umkehrosmose und Elektrodeionisation für die Entsalzung oder die Adsorption an Zeolithen, Strippung oder MAP-Fällung bei hohen Ammonium-Konzentrationen eingesetzt. Solche Verfahren bergen aber den Nach- teil, dass damit teilweise ein hoher Verbrauch an elektrischer Energie einhergeht, dass ferner zusätzliche Betriebsmittel (wie Neutralisationsmittel) benötigt werden, dass weitere Abfallströme entstehen oder dass wie bei der Adsorption ein hoher verfahrenstechnischer Aufwand für die Regeneration der Adsorbermaterialien betrieben werden muss. Aus der GB 2 198 744 ist die Aufbereitung eines bei der Kohlevergasung anfallenden wässrigen Kondensats bekannt, wobei das von Feststoffen befreite Kondensat einer einstufigen Entspannungsverdampfung zugeführt wird, in welcher der entstehende Dampf als Vergasungsmedium zurück geführt wird. Ein Teil der Sole wird zur Erhöhung der Dampfausbeute im Kreislauf gefahren während der andere Teil aus dem Kreislauf abgezogen und einer Verbrennung zugeführt wird. Als nachteilig erweist sich hier, dass zum Erreichen hoher Aufkonzentrierungen, und damit niedriger Abfallströme sehr hohe Umlaufraten und hohe Pumpenleistungen nötig sind. Ferner ist der Energiebedarf zur Dampferzeugung bei einer einstufigen Entspannungsverdampfung naturgemäß sehr hoch. Als weiterer Nachteil erweist sich die Tatsache, dass zur Erzeugung von Hochdruckdampf Wärmeströme mit hohem Temperaturniveau nötig sind.
Aus der Druckschrift EP 0 200 259 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein vergasungsstämmiges Kondensat aus einer mehrstufigen Gaskühlung behandelt wird. Dieses wird teilweise einer Entspannungsverdampfung zugeführt, wobei der bei der Verdampfung anfallende und mit Verunreinigungen behaftete Dampf mit verbrannt wird und ein Teil der Sole sowie ein Teil des Kondensates als Waschwasser für einen Waschkühler genutzt werden.
Eine ähnliche Verfahrensvariante ist in der Druckschrift EP 0 012 456 dargestellt, wobei bei dieser das Kondensat jedoch vollständig in eine Entspannungsverdampfung geleitet wird, ein Teil der Sole zur Waschkühlung verwendet wird und lediglich ein kleiner Teil einer Entsorgung zugeführt wird. Die belastete Dampfphase wird ebenfalls verbrannt. Ein Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass im Waschkühler die gefühlte Wärme des Gasstroms in latente Wärme umgewandelt wird. Weiterhin wird der Dampf nicht weiter im Prozess genutzt und nur thermisch entsorgt. Zudem erweist sich der hohe Anfall an Abwasser als nachteilig.
In der Druckschrift DD 215 067 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem das Produktgas einer unter Druck betriebenen Kohlevergasung in einem Waschkühler abgekühlt wird und in Wärmetauschern auskondensiert. Das Kondensat wird einer Entspannungsverdampfung unterzogen, wobei der entstehende Dampf über Dampfverdichter als Prozessdampf genutzt und die Sole dem Waschkühler als Waschwasser zugeführt wird. Ein Teil des Sumpfes im Entspannungsbehälter wird entnommen und entsorgt. Als nachteilig erweisen sich vor allem die aus der niedrigen Dampfausbeute resultierende energieintensive Kreislaufführung sowie der hohe apparative und energetische Aufwand für die Dampfverdichtung.
Aus der Druckschrift DE 69 724 825 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Abwasser aus einer Vergasungsanlage mittels eines Fallfilmverdampfers und/oder eines Zwangsumlauf- Entspannungsverdampfers aufbereitet wird, so dass aus der Sole hochkonzentriertes Ammoniumchlorid gewonnen werden kann. Als Nachteil ist hier ebenfalls die aus der niedrigen Dampfausbeute resultierende energieintensive Kreislaufführung bei einer einstufigen Verdampfung zu sehen. Weiterhin ist in Teislev, B. "Harbo0re - Woodchips updraft gasifier and 1500 kW gas- engines operating at 32% power efficiency in CHP configuration", Babcock & Wilcox, Vo- lund, 2002 ein Verfahren beschrieben, in welchem eine Teer/Wassermischung aus dem Gasstrom eines Gegenstromvergasers auskondensiert wird und welche anschließend in eine separate Teerphase und eine verunreinigte Wasserphase getrennt wird. Der Teer wird energetisch genutzt, während die Wasserphase einem Verdampfer zugeführt wird Der entstehende Dampf wird anschließend in einem Hochtemperatur-Reaktor gereinigt und der gereinigte Dampf kondensiert. Als ungünstig erweist sich an diesem Verfahren, dass die Teere nur energetisch genutzt werden können, dass zur Gewährleistung der Wasserreinigung sehr hohe Temperaturen notwendig sind und dass eine Wärmerückgewinnung erschwert oder sogar unmöglich ist. Des Weiteren ist die in dieser Druckschrift vorgesehene Verbrennung von Teeren in Deutschland nicht erlaubt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Aufbereitung eines wässrigen Kondensates, welches bei der mehrstufigen direkten und indirekten Abkühlung dieses Rohgases anfällt gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu verbessern, so dass insbesondere das gereinigte Wasser im Prozess, wie z.B. zur Erzeugung von Hochdruck-Prozessdampf, weiter genutzt werden kann. Es sollten dabei möglichst wenige Abfallströme entstehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Aufkonzentrierung von Verunreinigungen, so dass ermöglicht wird, diese als Wertstoffe zurückzugewinnen. Ferner soll ein sehr energieeffizientes und flexibles Verfahren geschaffen werden, welches die Nutzung von Niedrig- bis Mitteltemperaturabwärme ermöglicht und welches für verschiedene Vergasungsverfahren mit einer Vielzahl an kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien und demzufolge unterschiedlicher Kondensatzusammensetzungen geeignet oder einfach anpassbar ist. Auch soll der Bedarf an Hilfsstoffen auf ein Minimum reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas umfasst eine Vergasungseinrichtung und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Anlage eine mehrstufige Verdampfungseinrichtung aufweist wobei die Verdamp- fungseinrichtung mindestens eine Erwärmungseinrichtung für das Kondensat aufweist in welcher das Kondensat unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmbar ist und die Verdampfungseinrichtung mehrere Kammern und mindestens einen Wärmetauscher aufweist und durch diese Kammern das durch die Erwärmungseinrichtung erwärmte Kondensat -insbesondere im Gegenstrom - zu dem zur Erwärmungseinrichtung leitbaren Kondensat führbar ist, wobei in diesen Kammern das er- wärmte Kondensat durch Entspannungsverdampfung zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand überführbar ist und das daraus resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zum Wärmeübertrag auf das zur Erwärmungseinrichtung leitbare Kondensat zuführbar ist, wobei das gasförmige Medium in dem Wärmetauscher unter Bildung eines Destillats auf eine vorgegebene Temperatur und insbesondere eine Temperatur unterhalb dessen Siedepunktes abkühlbar ist und in flüssigem Zustand aus dem Wärmetauscher bzw. der Anlage abführbar ist.
Es ist dabei möglich, dass das Kondensat direkt nach seiner Kondensation noch die Siedetemperatur aufweist und bevorzugt durch weitere Wärmeverluste in der Anlage eine weitere Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes stattfindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anlage eine - insbesondere der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete - Reinigungseinrichtung für das Synthesegas auf, wobei die Verdampfungseinrichtung bevorzugt derart mit der Reinigungseinrichtung verbun- den ist, dass der Verdampfungseinrichtung in der Reinigungseinrichtung anfallendes Kondensat zuführbar ist.
Durch die der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für das Synthesegas soll eine Vorkonditionierung des Rohgasstromes und somit eine Vorreinigung des Kondensates erzielt werden. Hierdurch soll insbesondere bei hohen Staublasten und/oder hohen Teerbeladungen eine Reduzierung des Staub- und Teeranteiles bewirkt werden. Ohne Abscheidung würden diese erhebliche Probleme in gasseitig nachgeschalteten Anlagenteilen wie Wärmetauschern und Kondensatoren verursachen. Für die Entstaubung können beispielsweise Heißgaszyklone oder Heißgasfilter auf Basis keramischer oder metallischer Materialien verwendet werden. Für die Teerreduktion sind besonders thermische und oder katalytische Cracker geeignet, da diese die Teere in wertvolle Gasbestandteile wie CO und H2 umwandeln. Dadurch können die Teere in nachgeschalteten Prozessen sowohl energetisch als auch stofflich genutzt werden. Auch wird durch die erfindungsgemäß der Vergasungseinrichtung nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für das Synthesegas die Handhabung und Verarbeitung des Kondensates erheblich verbessert, da dieses, wie bereits verdeutlicht, schwer zu verarbeitende Medien darstellen. Bevorzugt ist eine Anlage, die Einrichtungen aufweist, mittels der das Kondensat im gasförmigen Zustand vor der Kühlung vorgereinigt werden kann. Die Einrichtungen zur Vorreinigung umfassen bevorzugt eine Einrichtung zum Entfernen von Feststoffen aus dem Gas.
Bevorzugt umfassen die Einrichtungen zur Vorreinigung eine Einrichtung zum Entfernen von Teerverbindungen aus dem Gas. Bevorzugt ist diese Einrichtung dazu geeignet, um die Teerverbindungen vorrangig in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und kurzkettige Kohlenwasserstoffe umwandeln zu können.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen einer solchen Anlage, in der die Entstau- bungs- und Teerentfernungsverfahren gekoppelt sind.
Der mittels einer Einrichtung zur Vorreinigung vorgereinigte Gasstrom wird einer mehrstufigen Gaskühlung zugeführt. Die Eintrittstemperatur des Rohgases hängt von der verwendeten Vergasungstechnologie ab, liegt aber oftmals über der Teerkondensationstemperatur, da hierdurch ein Fouling und Verstopfen von Rohrleitungen und Apparaturen vermie- den wird. Die Temperatur nach der Kühlung hängt von dem gewünschten Wasserdampfgehalt sowie dem Vergasungsdruck ab. Ein weiterer maßgeblicher Faktor, welcher die Kühltemperatur festlegt ist, der für den Prozess erforderliche Teertaupunkt. Beim Abkühlen kondensiert der im Rohgas enthaltene Wasserdampf aus und nimmt dabei ein Großteil der wasserlöslichen Gasbestandteile auf. Um den Gasreinigungseffekt der Kondensation zu verbessern wird zur Erhöhung der Stoffaustauschfläche eine Gaswäsche integriert. In dieser wird der Gasstrom mit einem Teil des Kondensates erneut in Kontakt gebracht. Als Wäscher können vorteilhaft Strahl- oder Venturiwäscher eingesetzt werden. Diese bieten zudem den Vorteil der Feinentstaubung. In besonderen Fällen kann eine zweite Wäsche bestehend aus Füllkörper- oder Bodenkolonnen der ersten Waschstufe nachgeschaltet werden.
Die Anlage weist bevorzugt eine Trenneinrichtung auf, mittels welcher aus dem Kondensat die enthaltenen Feststoffe sowie alle nicht im Wasser gelösten Stoffe wie Öltropfen abgeschieden werden können. Diese verlassen als Abfallstrom den Trennapparat und können entweder in den Vergaser zurückgeführt werden, einer Verbrennung zugeführt werden oder entsorgt werden. Bevorzugt ist außerdem eine Ausführungsform einer Anlage, in der in einer Bewegungsrichtung des Kondensats der Verdampfungseinrichtung folgend eine Teilungseinrichtung für Flüssigkeiten aufweist, mittels der ein Teil der aus der Verdampfungseinrichtung aus- tretende Flüssigkeit mit dem in der Reinigungseinrichtung anfallenden Kondensat vereinigbar ist und erneut in die Verdampfungseinrichtung führbar ist und ein anderer Teil der aus der Verdampfungseinrichtung austretenden Flüssigkeit aus der Anlage abführbar ist. Durch eine solche Teilungseinrichtung ist es möglich, teilweise durch Entspannungsverdampfung aufkonzentriertes Kondensat solange im Kreislauf zu führen und erneut der Verdampfungseinrichtung zuzuführen, bis eine vorbestimmbare Salz- und/oder lonenkon- zentration und/oder Konzentration an sonstigen Verunreinigungen in dem aus der Verdampfungseinrichtung abgeführten Kondensat (Sole, Sumpf) vorliegt, der eine weitere Behandlung in der Verdampfungseinrichtung unrentabel macht und/oder für eine Gewinnung der enthaltenen und/oder gelösten Salze und/oder sonstiger Verunreinigungen aus- reichend hoch ist und so eine diesbezügliche Wertschöpfung möglich macht.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wo- bei das Kondensat bei einer Kühlung und Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren , d.h. mindestens zwei Kammern, mindestens einem Wärmetauscher und mindestens einer Erwärmungseinrichtung für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vor- bestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat einer der Kammern zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und in der das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise unter Bildung eines Destillats verflüssigt.
Demnach wird das Kondensat durch mindestens einen Wärmetauscher der Verdampfungseinrichtung zu der Erwärmungseinrichtung geleitet, dort auf eine vorbestimmbare erhöhte Temperatur gebracht und - insbesondere in entgegengesetzter Richtung - erneut der Verdampfungseinrichtung zugeführt, wobei darin (und nach der Erhöhung der Kondensattemperatur durch die Erwärmungseinrichtung) die Verdampfung des Kondensats mittels Entspannungsverdampfung erfolgt und die Verdampfung in mehreren d.h. mindestens zwei Stufen erfolgt. Das Kondensat wird dabei bevorzugt stufenweise einer Vielzahl von Entspannungsräumen zugeführt, wobei je ein Teil des Kondensats bzw. dessen Lösungsmittel (z. B. (und im Normalfall größtenteils) Wasser) verdampft und die zurückblei- bende Flüssigkeit bzw. Sole (Sumpf) zur weiteren Verdampfung in den nächsten Entspannungsraum zugeführt wird.
Der entstehende Dampf wird bevorzugt in jeder Stufe (Kammer) an Kondensatoren niedergeschlagen und als kondensierte Flüssigkeit bzw. Destillat abgeführt.
Bevorzugt sind diese Kondensatoren in einigen Kammern, besonders bevorzugt aller Kammern als Wärmetauscher ausgeführt, mittels derer das zu der Erwärmungseinrichtung strömenden Kondensat bereits vortemperiert (also erwärmt) werden kann. Bevorzugt wird die Wärme für die Enderhitzung des Kondensats in der Erwärmungseinrichtung direkt oder indirekt aus Prozessen abgeführt, welche ein Abkühlen des Synthesegases verursachen. Somit ist eine thermische Nutzung der bei der Abkühlung des Synthesegases anfallenden Abwärme möglich. Da das abgeführte Destillat eine erhöhte Temperatur aufweist, bietet sich vorzugsweise die Nutzung als Speisewasser für die Erzeugung von Prozessdampf an. Es kann unter Umständen notwendig sein, dass Destillat vor der Nutzung als Speisewasser vorzuwärmen. Dafür kann bevorzugt die Wärme genutzt werden, die bei der Erfindungsgemäßen Abkühlung des Rohgases der Vergasung entsteht. Die Energie für die Verdampung wird dem Sinne der Erfindung aus der Reaktionswärme der Reaktion der Synthesegase bereitgestellt.
Für die Erhöhung der Dampfausbeute (Verhältnis von Dampfmenge zu einströmen-dem Kondensat) und zur Minimierung von Abfallströmen ist in einer bevorzugten Ausführungs- form des Verfahrens vorgesehen, dass ein Teil des in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Verdampfungseinrichtung abgeführt wird und mit dem bei der Kühlung und Reinigung des Synthesegases entstehenden Kondensat vereint und erneut in die Verdampfungseinrichtung geleitet wird und ein anderer Teil des in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Anlage abgeführt wird. Dazu wird ein Teil der aus der letzten Verdampferstufe austretenden Flüssigkeit bevorzugt erneut auf Druck gebracht und durch mindestens ein Teil der Vorwärmerstufen und dem Enderhitzer erneut in die erste Verdampferstufe geführt.
Das Mischen von Kreislaufwasser und Kondensat kann außerhalb des Entspannungsrau- mes in einem separaten Gefäß oder vorteilhaft in der letzten Entspannungsstufe erfolgen. Während des Mischvorgangs findet eine Entgasung des Kondensates statt. Austretende Gase werden bevorzugt über entsprechende Einrichtungen (z. B. Ventile) entfernt.
Das Kondensat wird bevorzugt vor der Verdampfung gestrippt (mit Dampf oder anderwei- tig). Bevorzugt erfolgt das Stripping in situ durch Entspannungsverdampfung.
Zur Vermeidung von Siedeblasen und daraus resultierenden Ablagerungen von gelösten Stoffen ist bevorzugt vorgesehen, dass das durch die Vorwärmung und den Enderhitzer strömende Kondensat auf einen erhöhten Druck gebracht wird, welcher über dem Dampf- druck des Kondensates nach dem Enderhitzer liegt. Vorteilhaft sollte dieser Druck zudem über dem zur Eintrittstemperatur des in den Enderhitzer strömenden Heizmediums gehörigen Dampfdrucks liegen. Die Druckerhöhung erfolgt dabei bevorzugt spätestens an einem Punkt, der unterhalb des Punktes liegt, an dem das Kondensat zu sieden beginnt. Da es durch die Verdampfung zu einer Anreicherung von gelösten Salzen und sonstigen bei den Prozessbedingungen nicht verdampfbaren Stoffe kommt, können sich durch Übersättigung lokale Stoffablagerungen bilden. Um diesem entgegen zu wirken, ist vorgesehen, dass bevorzugt kontinuierlich ein gewisser Anteil der Sole aus dem Prozess abgeführt wird. Der maximale Eindickungsgrad wird hauptsächlich durch den zu vergasenden Rohstoff und das Vergasungsverfahren bestimmt. Die Salzlast und chemische Zusammensetzung des Kondensats kann daher von Prozess zu Prozess stark variieren. Prinzipiell ist eine hohe Einengung anzustreben, da weniger Abfallströme entstehen. Allerdings ist die maximale Aufkonzentrierung an das am geringsten lösliche Salz gekoppelt. Es ist bekannt, dass insbesondere Salze aus AI, Ca, Mg, F, Fe und Si Ablagerungen verursa- chen, wobei insbesondere Si02, CaF2, MgF und Eisencyanid als problematisch einzustufen sind. Der Salzgradient über der Stufenzahl ist dabei so einzustellen, dass kein Ausfällen in den Verdampfungskammern sondern erst nach der letzten Stufe im Soleabstrom geschieht. Dies ergibt sich aus der Bedingung, dass die Entspannungsräume mit möglichst wenig Ablagerungsverbindungen beaufschlagt werden sollen. In Abhängigkeit des Verunreinigungsgrades kann die ausgeschleuste Sole weiteren Verfahrensschritten zugeführt werden. Bei ausreichend hohem Heizwert ist eine öl- oder gasunterstützte Verbrennung möglich. Alternativ können Soleströme einer Entsorgung zugeführt werden. Vorteilhaft können, die gelösten Salze aus der Sole zurückgewonnen wer- den. Bevorzugt ist daher eine Verfahrensvariante bei der das in den Kammern bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampfte Kondensat einer Wertschöpfung der darin enthaltenen Salze unterzogen wird.
Die Vorteile der mehrstufigen gegenüber einer einstufigen Entspannungsverdampfung liegen darin, dass bei konstanter Gesamttemperaturdifferenz bzw. konstanter Druckdifferenz zwischen dem eintretenden Druckwasser und der aus der letzten Stufe ausströmenden Sole, d.h. bei gleichem Energieinhalt, eine höhere Dampf- bzw. Destillatausbeute möglich ist, welches zudem zu geringeren Kreislaufraten führt. Des Weiteren führt eine Erhöhung der Stufenzahl zu einer verbesserten Wärmerückgewinnung bei der Kondensa- tion und somit zu einem geringeren Wärmebedarf bei der Enderhitzung.
In den einzelnen Entspannungsstufen, vor allem in der letzten Stufe, können sich nicht kondensierbare Bestandteile anreichern. Die Anwesenheit solcher Verbindungen reduziert die Effizienz der Dampfkondensation, da diese aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit eine Art Isolationsschicht um die Wärmetauscher in den Kondensatoren bilden. Zudem kommt es aufgrund des ansteigenden Kammerdrucks zu einer Siedepunktserhöhung. Dies führt zu einem Ansteigen der Soletemperatur und daraufhin veränderten Temperaturverhältnissen in den vorherigen Entspannungsstufen und damit einhergehend zu einer geringeren Dampfausbeute pro Durchgang. Um diesem entgegen zu wirken, müssen sol- che Gasbestandteile aus den Kammern entfernt werden, welches beispielsweise mit Hilfe eines Gebläses realisiert werden kann. Zu den nicht kondensierbaren Verbindungen zählen vor allem leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe und physikalisch gelöste Gasbestandteile des Synthesegases. Wegen des noch vorhandenen Heizwertes können diese vorteilhaft einer Verbrennung unterzogen werden. Mit Hilfe eines Gebläses ist es zudem möglich in der letzten Kammer einen Unterdruck einzustellen, so dass in der Sole auch Temperaturen von unter 100°C möglich sind.
Als Wärmeträgermedium für die Enderhitzung des Kondensats können Thermoöle, überhitzter Nieder und Hochdruckdampf oder Sattdampf verwendet werden. Hierbei ist zu be- rücksichtigen, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem austretendem Kondensat und dem eintretendem Heizmedium minimiert wird, da dies sonst sehr hohe Drücke im Kon- densat bedingen würde. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Sattdampf, da dies neben einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung im Heizkreislauf einen sehr guten Wärmeübergang gewährleistet. Als Wärmequelle kann vorteilhaft die Abwärme genutzt werden, welche bei der Abkühlung des Gasstromes der Vergasung anfällt.
Die Eintrittstemperatur des Kondensates in die Enspannungskammern des Verdampfers ist ein prozessspezifischer Parameter. Im Sinne einer hohen Destillatausbeute pro Durchgang und folglich geringer Kreislaufraten und Pumpkosten ist ein hohes Temperaturniveau anzustreben. Soll die Enderhitzung nicht mit zusätzlichem Brennstoff sondern mit Abwär- me aus dem Prozess geschehen, ist das obere Limit vom Temperaturniveau vorhandener Abwärmeströme begrenzt. Ein weiterer wichtiger Punkt ergibt sich aus der mit steigender Temperatur sinkenden Löslichkeit einiger Salze. Hierzu zählen Verbindungen wie CaS04, CaC03 oder Mg(OH)2 welche zudem eine sehr geringe Löslichkeit aufweisen. Hierbei sind der Temperaturbereich und die Konzentration der Salze so einzustellen, dass kein Ausfäl- len während der Erhitzung stattfindet. Diese Ablagerungsverbindungen führen zu Korrosion und somit zur Materialermüdung der Wärmetauscherrohre. Zudem bewirken diese ein Ansteigen des Druckverlustes und eine Verschlechterung des Wärmeübergangs in den Wärmetauscherrohren. Möglichkeiten zur Vermeidung und Beseitigung von Ablagerungen sind aus Meer- wasserdestillationsanlagen bekannt. So können Ablagerungen von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Magnesiumhydroxid beispielsweise durch Zudosierung von entsprechenden verkrustungshindernden Additiven, welche den Kristallisationsprozess stören, gemindert werden. Auch sind mechanische Reinigungsverfahren mit Hilfe von Schwamm- kügelchen möglich.
Es ist bekannt, dass die gelösten Salze beim Verdampfen in der Sole zurückbleiben, so denn gewährleistet ist, dass mitgerissene Flüssigkeitstropfen aus der Dampfphase zurückgehalten werden. Hierfür sind gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechende Ein- richtungen, wie z.B. Tropfenabscheider in Form von Demistoren, vorgesehen. Ferner enthält die Sole alle hochsiedenden organischen Verbindungen. Die von Halogenen praktisch freie Dampfphase besteht neben Wasser aus den leichter flüchtigen organischen Bestandteilen, Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S) und im Kondensat physikalisch gelösten Gasen. Bei einem pH-Wert des Kondensates von <10 kann die Dampffraktion noch Teile an HCN beinhalten. Zur Vermeidung hoher Cyanid-Gehalte in der Dampfphase, ist es notwendig die Cyanide in der Flüssigphase zurück zu halten. Dieses ist dann der Fall, wenn der pH-Wert des Kondensates größer als 10 ist. Es kann daher von Vorteil sein, den pH-Wert des Kondensates zu regulieren. Eine Möglichkeit bietet die Zugabe pH-Wert-erhöhender Stoffe, wie beispielsweise Natronlauge, in den Kreislauf der Sole bzw. in die Zufuhrleitung des Kondensats. Bevorzugt ist daher eine Variante des Verfahrens, in der dem Kondensat zur Regelung der Entspannungsverdampfung pH-Wert erhöhende Stoffe beigemischt werden.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Destillat für die Erzeugung von Prozessdampf genutzt wird. Das gewonnene Destillat kann in Verdampfern zur Gewinnung von Hochdruck-Prozessdampf genutzt werden. Vorteilhaft kann als Wärmequelle für die Dampferzeugung die Abwärme bzw. Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase wie der Methanolerzeugung, der Methanisierung, der Fischer- Tropsch-Synthese oder auch der Ammoniaksynthese verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, in der der Prozessdampf als Vergasungsmittel für die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe genutzt wird. Wird der gewonnene Hochdruckdampf als Vergasungsmittel für den Vergasungsprozess genutzt, kann ausgenutzt werden, dass dann Verunreinigungen des Dampfes durch NH3, HCN oder leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe aufgrund der weiteren Nutzung und der daraus resultierenden eintretenden chemischen Reaktionen eine untergeordnete Rolle spielen. Ammoniak wird im Vergaser oder im Teercracker teilweise in seine Elemente aufgespalten, HCN kann hydrolysiert werden und die Kohlenwasserstoffe werden reformiert. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem zum Zwecke der Dampferzeugung Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase genutzt wird. Dadurch ist eine besonders effiziente thermische Nutzung der Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase möglich.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird eine Reinigung des Synthesegases vor- genommen. Dabei ist es möglich, dass im Rahmen dieser Reinigung bestimmte Bestandteile ausgefiltert werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt im Rahmen der Reinigung des Synthesegases eine Feststoffabtrennung und/oder eine Teerabtrennung.
Diese Teerabtrennung kann dabei auch durch eine Spaltung bzw. ein Cracken von Teer erfolgen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine Reinigung des Kondensats durchgeführt. Insbesondere wird dabei diese Reinigung des Kondensats zugeführt, bevor dieses der Anlage zugeführt wird.
Sind die Konzentrationen an den leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen, Ammoniak und HCN für anderweitige Anwendungen bzw. für eine Entsorgung zu hoch, ist eine Nachbehandlung des Destillates notwendig. Hierfür können Verfahren nach dem Stand der Technik wie Dampfstrippen angewandt werden.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine Vorrichtung zum Cracken von Gasen dargestellt ist. Bauteile der Vorrichtung zum Cracken von Gasen, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
Es zeigen: Fig. 1 : ein Fließschema des Verfahrens und
Fig. 2: eine Verfahrensvariante, in welcher die Entgasung des Kondensates im Verdampfer integriert ist. Figur 1 stellt beispielhaft ein mögliches Fließschema des Verfahrens dar. Das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial 2 wird in einen Vergasungsreaktor 1 , z. B. ein Gegenstromfest- bettvergaser oder ein Wirbelschichtvergaser eingebracht, in welchem es mit dem Vergasungsmittel 3 umgesetzt wird. Die dabei anfallende Asche 4 wird aus dem Reaktor entfernt. Das Produktgas, bestehend aus den gasförmigen Reaktionsprodukten, nicht umge- setzten Vergasungsmitteln, Staub und aerosolförmigen und/oder flüssigen Teeren und weiteren Bestandteilen wird über die Leitung 5 aus dem Vergaser herausgeführt und in eine Entstaubungseinrichtung 6 eingebracht. Es können hierfür Maßnahmen nach dem Stand der Technik, wie Heißgaszyklone und/oder Heißgasfilter (z.B. Schüttgutfilter, Keramikfilter oder Metallfilter) angewendet werden. Der abgeschiedene Staub/Feststoff 7 kann entsorgt werden. Sollte der Staub zum Großteil aus nicht umgesetzten Biomassepartikeln bestehen, ist eine Rückführung dieser in den Vergaser (nicht dargestellt) vorteilhaft. Fer- ner wird das Gas einer Entteerung 8 zugeführt. Hier können die Teere z.B. durch auskondensieren über die Leitung 10 abgetrennt werden. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren stellt das Teercracken bzw. Teerreformieren dar. Durch Zufuhr von Wärme 9 und/oder durch Zugabe von sauerstoffhaltigen Gasen 9 und damit verbundener Partialoxidation werden endotherme Crack- und Reformierungsreaktionen ermöglicht, durch welche die Teere in wertvollere Gasbestandteile wie H2 und CO umgesetzt werden. Zur Teerentfernung können aber auch adsorptive bzw. absorptive Verfahren angewandt werden.
Das vorgereinigte, also entstaubte und entteerte Gas wird einer mehrstufigen Gaskühlung zugeführt. In den Wärmetauschern 1 1 und 12, welche rekuperativ, regenerativ oder mittels direkter Kühlung (z.B. Verdunstungskühlung) und jeder beliebigen Kombination der genannten Verfahren arbeiten können, wird der Gasstrom abgekühlt. Es ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch möglich, dass mehr als zwei Kühlstufen eingesetzt werden. Die Kühltemperatur hängt von dem gewünschten Wasserdampfgehalt sowie dem Vergasungsdruck ab. Soll das Gas beispielsweise bis auf einen Wassergehalt von 0,5 Vol.-% getrocknet werden, muss das Gas bei einem Anlagendruck von 500 mbar ü (über dem atmosphärischen Druck , also atmosphärenrelativ) bis auf 2°C gekühlt werden während bei 10 bar ü nur noch 34°C und bei 25 bar ü nur noch 50°C notwendig sind. Ein weiterer maßgeblicher Faktor, welcher die Kühltemperatur festlegt, ist der für den Prozess erforderliche Mindestteertaupunkt, sofern dieser nicht bereits durch die Vorreinigung ausreichend gesenkt wurde.
Beim Auskondensieren des Wasserdampfs absorbieren die wasserlöslichen Gasbestandteile und Verunreinigungen wie bspw. HCl, NH3 im Kondensat. Zur Erhöhung der Abschei- deleistung durch Erhöhung der Stoffaustauschfläche wird die Gaskühlung mit einer Gaswäsche kombiniert. Hierfür wird das Gas zunächst in einem Venturi- oder Freistrahlwäscher 13 eingeführt, in welchen eine zusätzliche Feinentstaubung stattfindet. Ferner durchläuft das Gas einen weiteren Wäscher 14, welcher aus einer Füllkörper oder Bodenkolonne bestehen kann. Es kann hierbei von Vorteil sein dem Waschmedium über die Lei- tung 15 ein pH-Wert-erhöhendes oder -verminderndes Fluid zuzugeben, so dass die Abscheideleistung in dem zweiten Wäscher 14 verbessert wird. Als Waschmedium wird in dieser bevorzugten Ausführungsform in allen Wäschern zumindest teilweise vorgereinigtes Kondensat genutzt. Unter bestimmten Umständen, z.B. um einen bestimmten Taupunkt einzustellen, kann es von Vorteil sein, mindestens einen der Wäscher zwischen eine der Kühlstufen zu schalten. Das abgeführte Kondensat, welches je nach Prozessbedingungen bei einer Temperatur von 30 bis 200°C anfällt, wird einer Behandlung 16 zugeführt, in welcher alle nicht im Wasser gelösten Bestandteile wie Staubpartikel und Öltropfen abgetrennt werden und über die Leitung 17 aus dem System entfernt werden. Diese können entsorgt werden, vor- teilhaft einer Verbrennung unterzogen werden oder besonders vorteilhaft in den Vergasungsapparat zurückgeführt werden (nicht dargestellt). Für die Abtrennung der Feststoffe können klassische Verfahren auf Basis von Filtration, Sedimentation oder Flotation angewendet werden. Bei sehr feinen Feststoffen können zusätzlich Flockungsverfahren genutzt werden.
Ein Teil des vorgereinigten Kondensats kann über die Leitung 18 mit Hilfe der Pumpe 19 den Wäschern 13 und 14 als Waschmedium zugegeben werden. Der restliche Teil wird über eine Speiseleitung 20 mittels einer Pumpe 21 einer Verdampfungseinheit 23, welche aus mehreren Einzelkammern k-ι - kn besteht, zugeführt.
Hierzu wird das Kondensat in einem Vormischer 22 mit einer aus dem Verdampfer im Kreislauf geführten und aufkonzentrierten Flüssigkeit 28 gemischt und vorgewärmt und mittels mehrerer Wärmetauscher 24 noch weiter aufgeheizt und einem Enderhitzer 25 zugeführt, in welchem eine Erhitzung auf eine Temperatur von 120 bis 320°C stattfindet. Das auf diese Weise erhitzte Kondensat sowie der erhitzte Kreislaufstrom werden nacheinander mehreren Kammern k-ι - kn zugeführt, in welchen je ein Teil des Stromes mittels Entspannungsverdampfung verdampft, und der nicht verdampfte Teil, die Sole, der nächsten Kammer zugegeben wird, in welcher eine weitere Verdampfung stattfindet. Der dabei entstehende Dampfstrom wird an Wärmetauschern 24 kondensiert und als Destillat 27 bei einer Temperatur von 40 bis 200°C sowie einem Druck von 0,1 bis 16 bar (a) mittels einer Pumpe 26 aus dem Verdampfer herausgeführt und weiteren Anwendungen zugänglich gemacht. Die dabei freiwerdende Latentwärme wird, wie beschrieben, zur Vorwärmung genutzt. Zur Erhöhung der Dampfmenge wird ein Teil der aus der letzten Stufe austretenden, nicht verdampften Sole, bei einer Temperatur von 45 bis 210°C und einem Druck von 0,1 bis 19 bar (a) mittels einer Pumpe 29 erneut auf Druck gebracht und im Vormischer 22 mit dem Kondensat 20 gemischt und gekühlt und über den Wärmetauscher 24 und dem Enderhitzer 25 erneut dem Verdampfungsprozess zugeführt. Der nicht im Kreislauf geführte Teil der Sole 31 wird dem System entzogen und kann weiteren Verfahrensschritten (nicht dargestellt) zugänglich gemacht werden. Bei ausreichend hohem Heizwert bietet sich eine öl- oder gasgestützte Verbrennung an. Ansonsten ist eine anderweitige Entsorgung notwendig. Vorteilhaft können die in der Sole gelösten Salze, welche bei chlorhaltigen Einsatzmaterialien hauptsächlich aus Ammoniumchlorid bestehen, zurückgewonnen werden. Hierfür eignen sich Kristallisatoren oder Trockner (nicht dargestellt).
Es existiert ein wärmetechnischer Zusammenhang zwischen der Destillattemperatur und der Temperatur des einströmenden Kondensates in die Verdampfungseinrichtung, wobei die Kondensattemperatur immer kleiner als die Destillattemperatur sein sollte. Diese Temperaturdifferenz muss dabei umso größer sein je höher die Temperaturspanne zwischen Enderhitzer und der letzten Verdampfungskammer ist, je größer die Rückführrate und je kleiner die Anzahl an Verdampferstufen ist. Da auch bei der mehrstufigen Entspannungsverdampfung keine vollständige Wärmerückgewinnung möglich ist, wird hierdurch überschüssige Wärme aus dem Verdampfungsprozess größtenteils entzogen und zum Vorwärmen des Kondensates genutzt. Einen weiteren Abwärmestrom stellt die ausgeschleus- te Sole dar. Sind die Anforderungen an den Prozess derart, dass diese Mindesttempera- turdifferenz nicht gewährleistet werden kann, muss die Wärme anderweitig aus dem Kreislauf entnommen werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die rückgeführte Sole vor der Zugabe in den Vormischer 22 mit Hilfe eines Wärmetauschers (nicht dargestellt) gekühlt wird.
Zur Vermeidung von Siedeblasen muss die Druckerhöhung durch die Pumpen 21 und 29 so hoch sein, dass der Druck nach der Erhöhung größer als der Dampfdruck des Kondensates nach der Enderhitzung 25 ist, sowie vorteilhaft größer als der Dampfdruck des Kondensates bei der Temperatur mit welcher das Heizmedium in den Enderhitzer strömt. Ty- pische Drücke liegen im Bereich von mindestens 2 bar bis 100 bar (ü).
Während des Entspannungsvorgangs können sich nichtkondensierbare Verbindungen in den Kammern der Verdampfungseinrichtung anreichern. Insbesondere in der letzten Stufe, sowie bei Bedarf in einer bestimmten Anzahl auch in vorherigen Stufen, müssen diese durch geeignete Maßnahmen aus dem Prozess entfernt werden. Dies wird mittels eines Gebläses 32 realisiert, mit welchem es zudem möglich ist im System einen Unterdruck einzustellen, sodass Soletemperaturen unter 100 °C möglich sind. Alternativ können bei Prozessüberdruck Ablassventile (nicht dargestellt) genutzt werden. Bevorzugt können die abgelassenen Gase in einer Brennkammer 33 thermisch entsorgt werden. Es ist daher von Vorteil, das Kondensat zum Zwecke einer Entgasung vor Eintritt in den Vormischer vorzubehandeln (nicht dargestellt). Hierfür können Stripping Verfahren (mit Dampf oder anderweitigen Gasen) genutzt werden. Vorteilhaft kann das Kondensat bei erhöhter Temperatur einer teilweisen Vorverdampfung mittels Entspannungsverdampfung (In-Situ- Stripping) unterzogen werden. Hierdurch können nichtkondensierbare gelöste Gase und sonstige leichtflüchtige Stoffe (z.B. einige Ammoniumsalze) bereits, zumindest teilweise, vorab abgeschieden werden. Dieser Schritt kann auch dazu verwendet werden, die Temperatur im Kondensat zu verringern, um z. B. niedrigere Destillattemperaturen zu ermöglichen.
Durch eine Anpassung des Kondensat-pH-Wertes kann die Zusammensetzung der Dampfphase angepasst werden. Stellt man pH-Wert auf über 10 bis 12 ein, kann man verhindern, dass Cyanide in den Dampf übergehen. Zu diesem Zwecke kann dem Kondensat über die Leitung 34 ein pH-Wert-erhöhendes Medium, wie z.B. Natronlauge, zugegeben werden. Das Destillat kann in einem Vorwärmer 35 erhitzt und als Speisewasser für einen Dampferzeuger 36 zur Erzeugung von Prozessdampf 38 genutzt werden, wobei als Verdampfungswärme die Abwärme einer chemischen Reaktion der Synthesegase 37 verwendet wird. Figur 2 stellt eine Verfahrensvariante dar, in welcher die Entgasung des Kondensates im Verdampfer integriert ist.
Während der Verdampfer bei dem in Figur 1 gezeigten Verfahren aus nur einem Teil mit einer Vielzahl an Kammern k-ι - kn besteht, in welchem die Wärme zurückgewonnen wird, besteht der in Figur 2 gezeigte Verdampfer im Wesentlichen aus einem Wärmerückgewinnungsteil 40 mit einer Vielzahl an Kammern n-ι - nn und einem Kühlungsteil 39 mit einer Vielzahl an Kammern m-i - mn. Das Kondensat wird über die Kondensatleitung 41 und eine Pumpe 42 durch die Wärmetauscherrohre 49 des Kühlungsteils geleitet, wobei ein Teilstrom über die Leitung 43 sowie entsprechender Pumpe 44 und bei Bedarf zusätzlich durch einen Wärmetauscher nicht eingezeichnet der Leitung 18 zugegeben wird und der andere Teil über eine Speiseleitung 45 in die letzte Kammer des Wärmerückgewinnungsteils gegeben wird, wodurch eine Vermischung mit der im Kreislauf geführten aufkonzentrierten Sole stattfindet. Auf diese Art und Weise wird die Entgasung des Kondensates in der letzten Stufe ermöglicht, so dass ein separater Vormischer 22, wie er in Figur 1 ge- zeigt ist, eingespart werden kann. Vorteilhaft liegt die Eintrittstemperatur des Kondensates in die letzte Stufe des Kühlungsteils auf dem gleichen Niveau wie die Temperatur der Sole in der letzten Stufe des Kühlungsteils. Hierdurch wird ein thermischer Schock vermieden wird, welcher zur Zersetzung von Carbonatsalzen und damit einhergehend zur Bildung von Ablagerungen und Austritt von C02 führen kann. Die Angleichung der Temperatur kann durch Anpassen des Massenstromes in der Leitung 43 realisiert werden.
Der gemeinsame Strom von Kondensat und Sole wird aus der letzten Stufe des Kühlungsteils mittels einer Pumpe 46 auf einen erhöhten Druck gebracht, über die Leitung 47 durch die Wärmetauscherrohre 48 des Wärmerückgewinnungsteils 40 geführt und in einem Enderhitzer 25 auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Der auf diese Weise erhitzte Strom wird nacheinander mehreren Kammern n-ι - nn des Wärmerückgewinnungsteils und danach mehreren Kammern m-i - mn des Kühlungsteils zugeführt, in welchem je ein Teil des Stromes mittels Entspannungsverdampfung verdampft, und der nicht verdampfte Teil, die Sole, der nächsten Kammer zugegeben wird, in welcher eine weitere Verdampfung stattfindet. Der dabei entstehende Dampfstrom wird an Wärmetauschern 48 bzw. den Wärme- tauschern 49 kondensiert und als Destillatstrom 27 mit einer Temperatur von 40 bis 200°C sowie einem Druck von 0,1 bis 16 bar (a) über die Pumpe 26 aus dem Verdampfer herausgeführt. Die dabei freiwerdende Latentwärme wird im Wärmerückgewinnungsteil zur Vorwärmung der rückgeführten Sole und des Kondensatstroms genutzt und im Kühlungsteil zur Vorwärmung des Kondensats genutzt. Aus der letzten Stufe des Kühlungsteils kann über die Pumpe 31 und die Leitung 30 überschüssige Sole aus dem Kreislauf entfernt werden.
Die Druckerhöhung mit der Pumpe 42 sollte derart geschehen, dass das Kondensat in den Wärmetauschern 49 nicht zu sieden beginnt und der Druck nach den Wärmetauschern größer als der Druck in der letzten Kammer des Kühlungsteils ist. Bei der Kreislaufführung mittels der Pumpe 46 ist zu berücksichtigen, dass der Druck nach der Erhöhung größer als der Dampfdruck des Kondensates nach der Enderhitzung 25 ist, sowie vorteilhaft größer als der Dampfdruck des Kondensates bei der Temperatur mit welcher das Heizmedium in den Enderhitzer strömt. Typische Drücke liegen im Bereich von mindestens 2 bar bis 100 bar (a).
Insbesondere in der letzten Stufe des Kühlungsteils können sich nichtkondensierbare Gase anreichern. Diese werden mittels eines Gebläses 32 aus dieser abgezogen und bevorzugt in einer Brennkammer 33 thermisch entsorgt. Alternativ kann das Gebläse bei Pro- zessüberdruck durch ein Ablassventil ersetzt werden. Bei Bedarf können auch in einigen vorherigen Kammern entsprechende Ablassvorrichtungen vorgesehen werden. Durch Anpassung des Kondensat-pH-Wertes kann die Zusammensetzung der Dampfphase angepasst werden. Stellt man pH-Wert auf über 10 bis 12 ein, kann man verhindern, dass Cyanide in den Dampf übergehen. Zu diesem Zwecke kann dem Kondensat (analog der in Fig. 1 gezeigten Variante) über die Leitung 34 ein pH-Wert-erhöhendes Medium zugegeben werden.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Vergaser
2 Kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial
3 Vergasungsmittel
4 Asche
5 Gasleitung
6 Gas/Feststoffabtrennung
7 Feststoffe/Staub
8 Teerentfernung
9 Wärme oder Sauerstoff
10 Teer
1 1 Wärmetauscher
12 Wärmetauscher
13 Wäscher
14 Wäscher
15 Säure- oder Basezugabe
16 Fest/Flüssig Abtrennung
17 Abfallstrom
18 Leitung
19 Pumpe
20 Speiseleitung
21 Speisepumpe
22 Vormischer 3 Verdampfer
4 Wärmetauscher
5 Enderhitzer
6 Destillatpumpe
7 Destillatleitung
8 Solerückführleitung
9 Kreislaufpumpe
0 Soleaustragspumpe
1 Soleaustragsleitung
2 Gebläse
3 Brennkammer
4 Basezugabe
5 Wärmetauscher
6 Dampferzeuger
7 Wärmetauscher
8 Prozessdampf
39 Verdampfer - Kühlungsteil
0 Verdampfer - Wärmerückgewinnungsteil 1 Kondensatleitung
2 Kondensatpumpe
43 Leitung
44 Pumpe
45 Speiseleitung
46 Kreislaufpumpe
47 Solerückführleitung
48 Wärmetauscher
49 Wärmetauscher
ki - kn Kammer
ni - nn Kammer
rri! - mn Kammer

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Kondensat aus Vergasungsanlagen Patentansprüche
1 . Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas mit einer Vergasungseinrichtung (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine mehrstufige Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) aufweist und die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) mindestens eine Erwärmungseinrichtung (25) für das Kondensat aufweist in welcher das Kondensat unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmbar ist und die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) mehrere Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-i - mn) und mindestens einen Wärmetauscher (24, 48, 49) aufweist und durch diese Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-ι - mn) das durch die Erwärmungseinrichtung (25) erwärmte Kondensat im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung (25) leitbaren Kondensat führbar ist, wobei in diesen Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-ι - mn) das erwärmte Kondensat durch Entspannungsverdampfung zumindest teilweise in den gasförmigen Zustand überführbar ist und das daraus resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher (24, 48, 49) zum Wärmeübertrag auf das zur Erwärmungseinrichtung (25) leitbare Kondensat zuführbar ist, wobei das gasförmige Medium in dem Wärmetauscher (24, 48, 49) unter Bildung eines Destillats auf eine vorgegebene Temperatur abkühlbar ist und in flüssigem Zustand aus dem Wärmetauscher (24, 48, 49) abführbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlage (1 ) eine der Vergasungseinrichtung (1 ) nachgeschaltete Reinigungseinrichtung (6, 8, 1 1 , 12, 13, 14) für das Synthesegas aufweist, wobei die Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) bevorzugt derart mit der Reinigungseinrichtung (6, 8, 1 1 , 12, 13, 14) verbunden ist, dass der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) in der Reinigungseinrichtung (6, 8, 1 1 , 12, 13, 14) anfallendes Kondensat zuführbar ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Bewegungsrichtung des Kondensats der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) folgend eine Teilungseinrichtung für Flüssigkeiten aufweist, mittels ein Teil der aus der Verdamp- fungseinrichtung (23, 39, 40) austretende Flüssigkeit mit dem in der Reinigungseinrichtung (6, 8, 1 1 , 12, 13, 14) anfallenden Kondensat vereinigbar ist und erneut in die Verdampfungseinrichtung führbar ist und ein anderer Teil der aus der Verdampfungseinrichtung (23, 39, 40) austretenden Flüssigkeit aus der Anlage abführbar ist.
Verfahren zum Behandeln von Kondensat aus einer Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas in einer Anlage zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe zu Synthesegas, wobei das Kondensat bei einer Kühlung und und/oder Reinigung des Synthesegases entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat einer mehrstufigen Verdampfungseinrichtung mit mehreren Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-i - mn), mindestens einem Wärmetauscher (24, 48, 49) und mindestens einer Erwärmungseinrichtung (25) für das Kondensat zugeführt wird, wobei das Kondensat in der Erwärmungseinrichtung (25) unter einem vorbestimmbaren Druck auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt wird und anschließend im Gegenstrom zu dem zur Erwärmungseinrichtung (25) strömenden Kondensat wenigstens einer der Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-ι - mn) zugeführt wird in welcher durch Entspannungsverdampfung eine zumindest teilweise Verdampfung des Kondensats erfolgt und wobei das resultierende gasförmige Medium einem Wärmetauscher (24, 48, 49) zur Erwärmung des zur Erwärmungseinrichtung (25) strömenden Kondensats genutzt wird und sich zumindest teilweise, insbesondere unter Bildung eines Destillats verflüssigt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in den Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-ι - mn) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Verdampfungseinrichtung abgeführt wird und mit dem bei der Kühlung und Reinigung des Synthesegases entstehenden Kondensat vereint und erneut in die Verdampfungseinrichtung geleitet wird und ein anderer Teil des in den Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-ι - mn) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampften Kondensats aus der Anlage abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Destillat für die Erzeugung von Prozessdampf genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessdampf als Vergasungsmittel für die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe genutzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Dampferzeugung Reaktionswärme von Reaktionen der Synthesegase genutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat vor der Verdampfung bevorzugt mit Dampf, besonders bevorzugt in situ durch Entspannungsverdampfung gestrippt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Kondensat zur Regelung der Entspannungsverdampfung pH-Wert erhöhende Stoffe beigemischt werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme für die Erwärmung des Kondensats in der Erwärmungseinrichtung (25) direkt oder indirekt aus Prozessen abgeführt wird, welche ein Abkühlen des Synthesegases verursachen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kammern (k-ι - kn, n-ι - nn, m-i - mn) bei der Entspannungsverdampfung nicht verdampfte Kondensat einer Wertschöpfung der darin enthaltenen Salze unterzogen wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 4 - 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
eine Reinigung des Synthesegases vorgenommen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Rahmen der Reinigung des Synthesegases eine Feststoffabtrennung und/oder eine Reduzierung des Teergehaltes erfolgt.
15. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 4 - 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Reinigung des Kondensats durchgeführt wird.
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