DE3207779A1

DE3207779A1 - Verfahren zum behandeln von wasserhaltigem kondensat aus der kuehlung des rohgases der kohledruckvergasung

Info

Publication number: DE3207779A1
Application number: DE19823207779
Authority: DE
Inventors: Paul Dieter Dr. 6236 Eschborn Becker
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-08

Description

Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat
aus der Kühlung des Rohgases der Kohledruckvergasung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kühlung des Rohgases der Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln unter einem Druck von 5 bis 150 bar, wobei man das Rohgas in mehreren Kühlstufen kühlt und mindestens einen Teil des beim Kühlen anfallenden Kondensats, das eine Temperatur von mindestens 130°C und einen Druck von mindestens 4 bar aufweist, entspannt, den dabei entstehenden Entspannungsdampf ableitet und verbrennt und daß man das entspannte Kondensat einer Trenneinrichtung zuftIhrt, aus welcher man eine weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase abzieht, die man zum Kühlen des Rohgases verwendet.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 28 53 989 und der dazu korrespondierenden US-PS 4 295 864 bekannt; die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Menge des im Kreislauf geführten wasserhaltigen Kondensats niedrig zu halten und einen Überschuß au Kondensat uiit möglichst wenig Energieaufwand verbrennen zu könnten. Dies wird erfindutlgsgemäß beim eingangs genannten Vcrfahren dadurch erreicht, daß man die weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase im direkten Kontakt mit- kälterem Gas kühlt, b.evor..man sie zum Kühlen des.
Rohgases verwendet und das erwärmte wasserdampfhaltige Gas verbrennt. Durch den Kontakt nimmtdiess Gas aus der Kondensat phase beträchtliche Mengen T:lasserdampf auf, wodurch sich die Kondensatmenge verringert. Durch das Verfahren wird es überflüssig, einen Überschuß an Kondensat abziehen und einer Abwasserreinigung unterwerfen zu müssen. In das erwärmte wasserdampfhaltige Gas gehen durch den direkten Kontakt brennbare Substanzen aus dem Kondensat, vor allem Phenole, Kohlenwasserstoffe, NH3, H2S und HCN über, deren Heizwert bei der an schließenden Verbrennung ausgenutzt wird.
Als Kühlgas kann man Kohlendioxid, Stickstoff, Methan oder Kohlenmonoxid oder Gemische dieser Gase verwenden. Vorteilhafterweise verwendet man Abgase, die hauptlsächlich aus diesen Gaskomponenten bestehen, z.B. drucklpse Restgase oder Gase aus Druckschleusen oder Gaswäscheh. So fällt z.B.
bei der Rohgasreinigung ein C02-haltiges Abgas an, das sich auf diese Weise nutzen läßt. Dieses Kühlgas braucht keinen nennenswerten Überdruck aufzuweisen.
Es ist vorteilhaft, die weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase, die auch als Gaswasser bezeichnet wird, im Gleichstrom rnit dem kälteren Gas zu kühlen. Dabei kann eine von Einbauten ganz oder weitgehend freie Kontaktzone verwendet werden, bei der somit auch nicht die Gefahr störender Verstopfungen oder Anbackungen besteht. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Kondensatphase im Gegenstrom mit dem kälteren Gas zu kühlen. Dabei empfiehlt sich jedoch ein Behälter, der zum Verbessern des Kontaktes zwischen Gas und Flüssigke.it geeignete Elemente, z.B. Böden oder Horden, enthalt.
Man kann die im d.irekten Kontakt mit dem kälteren Gas gekühlte Kondensatphase ein oder mehrstufig durch Rohgas erwärmen und die Kondensatphase zuletzt mit einer Temperatur von etwa 710 bis 1500C in einen Waschkühler leiten. Diesem ';aschkuhler wird das aus der Vergasung kommende Rohgas üblicherweise direkt zugeführt und in ii herrscht etwa der gleiche Druck wie in der Vergasung.
Zumeist wird die Kondensatphase im direkten Kontakt mit dem kälteren Gas um etwa 10 bis 600C auf eine Temperatur im Bereich von etwa 30 bis 90 0C gekühlt. Anschließend erwärmt man das Kondensat im stufenweisen Kontakt mit dem Rohgas wieder.
Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Verfahrensführung.
Dem Vergasungsreaktor 1 wird durch die Leitung 12 körnige Kohle mit einer Korngröße im Bereich von etwa 3 - 100 mm aufgegeben. Durch die Leitungen 13 und 14 gibt man als Vergasungsmittel Wasserdampf und Sauerstoff in den Reaktor und zieht die unverbrennlichen Bestandteile durch die Leitung 15 ab. Zur Erzeugung des Wasserdampfs der Leitung 13 leitet man Wasser in der Leitung 37 durch einen Wärmeaustauscher 11, der mit heißen Abgasen aus der Leitung 35 gespeist wird.
Im Reaktor 1 wird die Kohle oder anderer geeigneter fester Brennstoff bei einem Druck von 5 - 150 bar im Festbett vergast. Einzelheiten des Vergasungsverfahrens sind z.B. in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 14, Seiten 383 - 386, dargestellt. Die Vergasung kann so geführt werden, daß die unverbrennlichen Bestandteile entweder als feste Asche oder flüssige Schlacke anfallen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch hinter einer Feinkorn-Vergasung, z.B. im Flugstrom oder Wirbelbett, angewandt werden.
Das im Reaktor 1 erzeugte Rohgas strönt durch die Leitung 16 mit einer Temperatur im Bereich von etwa 200 - 7i)00C in einen Wachkühler 2. Dort wird das Rohgas mit überwiegend aus Wasser bestehendem Kondensat (Gaswasser) aus der Leitung 19 besprüht.
Falls nötig, kann zusätzliches Wasser oder Kondensat in der Leitung 17 herangefürlrt werde. Im Waschkühler 2 wird das Rohgas mit Wasserdampf gesättigt.
Kondensat und gekühltes Rohgas gelangen in der Leitung 18 mit Temperaturen von etwa 150 - 2600C in einen Abscheider 3, den die Flüssigkeiten durch die Leitung 21 verlassens Das Rohgas wird in der Leitung 20 zu einem Wärmeaustauscher 4 geführt.
Das Kondensat in der Leitung 21 steht noch ungefähr unter dem Druck, der im Vergasungsreaktor 1 herrscht. Dieses Kondensat wird in die Trenneinrichtung 9 hinein etwa auf Atmosphärendruck entspannt. Nachfolgend wird diese Trenneinrichtung auch Teerscheider 9 genannt. Der bei der Entspannung entstehende Dampf wird in der Leitung 34 einer Brennkammer 10 aufgegeben, die durch die Leitung 36 Zusatzbrennstoff erhält. In der Brennkammer 10 wird der Wasserdampf erhitzt und vor allem die darin enthaltenen brennbaren Bestandlteile wie Kohlenwasserstoffe, Phenole und Ammoniak bei Temperaturen von etwa 800 - 10000C verbrannt. Das Verbrennen dieses Entspannungsdampfes verringert den Aufwand, der ansonsten für das Behandeln von abzustoßendem Kondensat als Abwasser entstehen Wärme, beträchtlich. Ein Teil der fühlbare Wärme des Abgases der Brennkammer 10 wird im Wärmeaustauscher 11 ill der bereits erläuterten Weise genutzt.
Im Teerscheider 9, der nach dem Schwerkraftprinzip arbeitet, fällt als schwere Phase Teer an, den man durch die Leitung 37 abzieht. Die leichte, weitgejiend aus Wasser bestehende Kondensatphase, das sogenannte Caswasser, zieht man mit ilfe der Pumpe 39 durch die Leitung 29 ab und gibt sie mit Temperaturen von zumeist 90 - 1000C in den direkten Kühler 6. Zum Kühlen wird kälteres das aus der Leitung 30 verwendet, bei dem es sich z.B. um ein C02-reiches Abgas einer Gaswäsche handeln kann.
Das gekühlte Kondensat verläßt den Kühler 6 durch die Leitung 25, wobei es dort einc Temperatur von üblicherweise etwa 30 - 90°C aufweist. Die Pumpe 32 fordert das Kondensat zunächst zu einem \ärmeaustauscher 8, in welchen das aus der Leitung 22 kommende Rohgas (gekühlt und in der Leitung 23 abgerührt wird Das Rohgas war zunächst in der Leitung 20 im Oberteil des Wärmeaustauschers 4 für die Dampferzeugung durch indirekten Wärmeaustausch genutzt worden und wird im Urterteil 4a des Wärmeaustauschers 4 mit Gaswasser aus der Leitung 24 besprüht. Anschließend gelangt das weiter erwärmte Gaswasser unter der Wirkung der Pumpe 31 durch die Leitung 19 in den Waschkühler 2. Das Kühlgas aus der Leitung 30, das-im direkten Kühler 6 im Cleichstrom mit dem Gaswasser erwärmt wurde und dabei neben beträchtlichen Mengen an Wasserdampf auch brennbare Bestandteile wie Phenole, Kohlenwasserstoffe, und H2S und HCN aufgenommen hat, wird in der Leitung 28 abgeführt und über die Leitung 34 ebenfalls in der Brennkammer 10 verbrannt.
Abweichend von der Verfahrensführung der Zeichnung kann rtian im direkten Kühler 6 das Kondensat und das kältere Gas auch im Gegenstrom zueinander führen. Der Kühler 6 kann auch mehrstufig ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, zwischen dem Kühler 6 und dem Waschküh:ler 2 den mehrstufigen Wärme austausch zwischen dem Kondensat (Gaswasser) und dem Rohgas verschiedenartig direkt oder indirekt auszugestalten und z.B. all aer Stelle des Wärmeaustauschers 8 einen direkten Wärmeaustausch in Form eines Einspritzkühlers mit Cleichstromführung von Gas und Kondensat vorzusehen.
B e i s .p i e 1 In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrensführung wird Kohle mit einer Körnung von 3 - 100 mm im festbett in einem Lurgi-Gaserzeuger mit Drehrost vergast. Beim Einsatz von 1000 kg Kohle (wasser- und aschefrei gerecet), die noch 94 kg Feuchtigkeit und 107 kg Asche enthielt, werden als Vergasungsmittel 295 m3 Sauerstoff und 135Q kg Wasserdampf aufgewandt. Der Vergasungsdruck im Reaktor 1 liegt bei 30 bar.
Das Rohgas in der Leitung 16 hat eine Temperatur von 4280C und ein Volumen von 2108 m³(trocken gerechnet). Dieses Rohgas besteht aus CO2 31,7 Vor % CO 17,2 H 37,7 H2 37,7 CH4 10,2 " CnH m 1,1 " H2S 0,5 " N2 1,6 " Außerdem enthält das Rohgas noch 69 kg Teer, öl und Naphtha, etwa 8 kg Phenole, 1,3 kg Fettsäuren und 11 kg Ammoniak sowie 1574 kg Wasserdampf.
Das Rohgas wird im Waschkühler 2 intensiv mit 6000 kg Gaswasser aus der Leitung 19 besprüht. Das Gas verläßt den Waschkühler 2 mit einer Temperatur von 1930C und ist mit Wasserdampf gesättigt, dieselbe Temperatur weist das zum Abscheider 3 fließende Kondensat auf. Im Abscheider 3 werden Kondensat und Gas getrennt. Das Rohgas wird dem'Wärmeaustauscher 4 zugeführt, wo ein Teil seiner fühlbaren Wärme zur Dampferzeugung genutzt und das Gas dabei auf 164 0C gekühlt wird. Im Unterteil 4a des Wärmeaustauschers wird das Gas mit Gaswasser von 850C aus der Leitung 24 besprüht und auf 141° C gekühlt. Dabei erwärmt sich das Gaswasser auf 129 0C und wird über die Leitung 19 in den Waschkühler 2 gepumpt. Das Rohgas aus dem Unterteil 4a des Wärmeaustauschers wird im Röhren-Wärmeaustauscher 8 auf 95 C gekühlt, dabei erwärmt sich das von der Leitung 25 kommende, im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher 8 gefüinrte Canwasser von von 74 4 auf 85°C.
7736 kg Kondensat aus dem Abscheider 3 werden durch die Leitung 21 in den Teetischeidor 9 gegeben und auf Atmosphärendruck entspannt; Dabei verdampfen 1308 kg des Kondensats, die in der Brennkammer 10 bei etwa 880 0C mit Zusatzbrennstoff verbrannt werden. G428 kg nicht verdampftes Kondensat, das sogenannte Gaswasser, werden aus dem Teerscheider 9 mit einer Temperatur von 99 0C durch die Leitung 29 in den direkten Kühler 6 geleitet und im Gleichstrom mit C02 von 500 gekühlt.
Das C02 wird in der Leitung 30 herangeführt und kommt aus der Regenerierung eines zur Gaswäsche verwandten Ahsorptionsmittels. In der Zone 6 wird das C02 mit Wasserdampf gesättigt und auf eine Temperatur von 72°C erwärmt. Bei der Sättigung des C02 werden 266 kg Gaswasser verdampft. Das mit Wasserdampf gesättigte CO2 wird ebenfalls in die Brennkammer 10 geleitet.
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Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e 1) Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kühlung des Rohgases der Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln unter einem Druck von 5 - 150 bar, wobei man das Rohgas in mehreren Kühlstufen kühlt und mindestens einen Teil des beim Kühlen anfallenden Kondensats, das eine Temperatur von mindestens 130 0 und einen Druck von mindestens 4 bar aufweist, entspannt, den dabei entstehenden Entspannungsdampf ableitet und verbrennt und daß man das entspannte Kondensat einer Trenneinrichtung zuführt, aus welcher man eine weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase abzieht, die man zum Kühlen des Rohgases verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß man die weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase im direkten Kontakt mit älterem Gas kühlt, tevor man sie zum Kühlen des Rohgases verwendet, und das erwärmte wasserdampfhaltige Gas verbrennt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase im Gleichstrom oder Gegenstrom mit dem kälteren Gas kühlt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die im direkten Kontakt mit kälterem Gas gekühlte Kondensatphase ein- oder mehrstufig durch Rohgas erwärmt und die Kondensatphase Suletzt mit einer Temperatur vor etwa 110 - 1500C in einen Waschkühler leitet, dem das aus der Vergasung kommende Rohgas direkt zugeführt wird und in welchem etwa der gleiche Druck wie in der Vergasung herrscht.
4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatphase im direkten Kontakt mit dem kälteren Gas um etwa 10 - 60°C auf eie Temperatur im Bereich, von 30 - 900C Fekü.h1t wird.
5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kühlen der weitgehend aus Wasser bestehenden Kondensatphase verwendet Gas hauptsächlich aus einem oder mehreren der Gase Kohlendioxid, Stickstoff, Methan oder Kohlenmonoxid besteht.