DD269394A1 - Verfahren zur herstellung und gewinnung fluider produkte bei der kohledruckvergasung von braunkohle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Gewinnung fluider Produkte bei der Kohledruckvergasung von Braunkohle. Die Erfindung bezieht sich auf die Prozessstufe Gesamtaufbereitung bei der Kohledruckvergasung von Braunkohle. Die Erfindung wird dadurch verwirklicht, dass die im Verfahren anfallenden Kondensate in zwei Temperaturstufen, in eine direkte Kondensationsstufe, Temperaturbereich groesser oder gleich 200C, und in eine indirekte Temperaturstufe, Temperaturbereich 185C-120C, getrennt werden, und dass die Kondensate der indirekten Kondensationsstufe ohne Auftrennung unter Systemdruck in die direkte Kondensationsstufe eingeleitet werden. Nach Bildung des fluiden Produktes in der direkten Kondensationsstufe erfolgt in einer Sedimentationsanlage nach Entspannung bei Umgebungsdruck und Temperaturen zwischen 95C-100C die Abtrennung vom ueberschuessigen Gaswasser. Mit der erfindungsgemaess dargestellten Loesung ist gleichzeitig eine bedeutende Erhoehung der Mitteloelgewinnung im Prozess der Festbettdruckvergasung von Braunkohle verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Gewinnung eines fluiden Produktes in der Prozeßstufe Gasaufbereitung, wobei sich dieses Produkt aus wechselnden Anteilen Gaswasser, Teerölen und Feststoff, insbesondere Kohlenstoffstaub, zusammensetzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Kühlung des bei der Festbettdruckvergasung von Braunkohlen erzeugten Rohgases fallen in den verschiedenen Temperaturstufen Kondensate an, die durch wechselnde Antei'e an Gaswasser, kohlenwasserstoff haltigen ölen, nachfolgend als Teeröle bezeichnet, und Feststoffen gekennzeichnet sind.

Gegenwärtig wird großtechnisch so verfahre·!, daß die Kondensate der Temperaturstufen 200⁰C-ISB⁰C und die Kondensate der Temperaturstufen 185°C-120°C separat entspannt und gemeinsamen Sammelbehältern zugeführt werden, von wo sie in offene Absetzbecken gefördert werden. In diesen Absetzbecken erfolgt eine sedimentative Trennung des Teeröl-Fests'.off-Gaswasser-Gemisches in ein Teerschlammprodukt mit einem hohen Feststoffanteil, welches mechanisch entfernt werden muß, in ein flüssiges Teeröl-Feststoff-Gaswasser-Gemisch mit einem geringeren Feststoffgehalt, das als stabile Phase vorliegt und in geklärtes Gaswasser.

Das Gaswasser wird zur Entphenolung gefördert, wobei ein Teil nach einer Druckerhöhung wieder in die Kondensationsstufe 200⁰C als Waschwasser eingespeist wird. Das als stabile Phase anfallende Teeröl-Feststoff-Gaswasser-Gemisch wird energetisch genutzt. Die im Temperaturbereich kleiner 120°C anfallenden Kondensate werden in der Mittelölscheidung aufgearbeitet, wobei diese Kondensationsstufe nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Das vorstehend genannte Verfahren ist mit verfahrenstechnischen, energetischen und ökologischen Nachteilen verbunden. Es gelingt z. B. nicht, einen in seiner Zusammensetzung definierten fluiden Rückstand, bestehend aus Teeröl, Feststoff und Wasser, als einheitliche, pumpfähige Phase herzustellen und diesen exakt vom Gaswasser zu trennen.

Es gibt patentierte Lösungen und Verfahrensvorschläge, die einige Nachteile des derzeitigen Standes der Technik beseitigen. Sie sind aber nicht dazu geeignet, unter den Bedingungen der Festbettdruckvergasung von Weichbraunkohlen in den dem Generator (.achgeschalteten Prozeßstufen Kondensation und Teerabscheidung ein* exakte Trennung in nur zwei pumpfähige Phasen, und zwar in Gaswasser und in einen fluiden Rückstand, welcher sich aus Teeröl, Feststoff und Wasser in festgelegten Mengenanteilen zusammensetzt, zu gewährleisten.

So wird z. B. nach DD-WP 156711 ein Verfahren zur Kühlung und Entstaubung von Druckvergasungsgasen beschrieben, für das die separate Gewinnung und der separate Einsatz eines Teeröles zur Gasentstaubung charakteristisch ist. Entsprechend DD-WP 150758 wird ein Waschwjsserkreislauf beschrieben, bei dem staubbeladenes Waschkühlerwasser und staubfreies Kondensat getrennt verarbeitet werden sollen. Nach beiden vorstehend genannten Verfahren ist die Herstellung eines fluiden, pumpfähigen Rückstandes, der exakt von Gaswasser getrennt werden kann, unter den praktischen Bedingungen der Festbettdruckvergasung nicht möglich. Dies hängt mit den Qualitätsschwankungen der eingesetzten Kohlen und den unterschiedlichen Dampf/Sauerstoffbelastungen der einzelnen Gaserzeuger zusammen, in deren Folge der Staubaustrag aus dem Gaserzeuger zwischen 5g bis über 20g/m³ i. N. Rohgas schwanken I ann.

Es wird in DD-WP 236751 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abkühlen und Entstauben von Gasen derart beschrieben, dtß

durch geeignete Temperaturführung Wasserdampf auf vorhandenen Wassertropfen austondenslert, wodurch eine

Abscheidung kleiner Feststoffteilchen ei folgt. Die Herstellung einos pumpfähigen Rückstandes ist wegen Fehler des Teerölanteiles nicht möglich, es würde sofort ein Verstopfon der Produktleitungen eintreten. Des wnitoren sind drei ^erfahrensvorschläge zur Gaswasseraufbereitung im Prozeii der Festbettdruckvergasung von Braunkohle

bekannt.

Verfahrensvorschlag UD-WP 240562 beinhaltet die Auftrennung der Kondensate in zwei Stufen, wobei die Kondensate der

ersten Stufe (Temperatur 200°C-165"C) und einer zweiten Stufe (Temperatur 165"C-130^oC) separat behandelt werden. Diese

technische Lösung sichert keinen stabilen Betrieb der Kondensation, wenn große Feststoffmengen (über 20g/m³ i. N. Rohgas) ausgetragen werden, da dann ein feststoffhaltiges Kondensat anfalle, das durch Pumpen nicht mehr förderfähig ist.

Verfahrensvorschlag DD-WP 240561 sieht vor, die Kondensate in zwei Temperaturstufen, in eine größer 200⁰C und in eine 185⁰C

bis 13O⁰C zu trennen und sie in getrennten Anlagen aufzuarbeiten, wobei ein Teerölabzug vorgesehen ist und ein Teil der

Kondensate als Waschwasser zurückgeführt wird. Nachteilig ist hierbei ebenfalls, daß bei hohon Staubgehalten ein nicht mehr

pumpfähiger Rückstand anfällt. Das Prinzip eines in sich geschlossenen technologischen Systems, welches aus Sicht

Umweltschutz dringend geboten ist, kann somit nicht angewendet werden. Verfahrensvorschlag DD-WP 240560 sieht eine Auftrennung der Kondensate in drei Temperaturstufen mic Teerölabzug vor. Auch hier gilt, daß bei hohen Feststoffgehalten im Rohgas nicht pumpfähige Rückstände anfallen. Im Patent DE 2853989 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Teil des beim Kühlen von Druckvergasungsgasen

anfallenden Kondensates entspannt wird, aus dem eine wäßrige Phase abgezogen und als Kühlmedium für Rohgas wiederverwendet wird. Die Entspannung ist energetisch nachteilig, Aussagen zum Staubaustrag aus dem Gaserzeuger werden nicht gemacht.

In den Patenten DE 2542055, GB 1542142 und U.S. 4031030 wird ein Verfahren beschrieben, wonach die Kondensate der Temperaturstufen bis 185⁰C gemeinsam und getrennt vom Kondensat der nachfolgenden Kondensationsstufe behandelt

werden, wobei ein Teil des vom Staub und Teer befreiten Kondensates der Temperaturstufe bis 185⁰C als Waschwasser wieder in dieser Temperaturstufe eingesetzt wird. Nachteilig ist hier zu vermerken, daß bei den in Praxis auftretenden hohen

Staubgehalten kein pumpfähiges Gemisch aus der Temperaturstufe bis 185⁰C abgezogen werden kann. Nach Patent GB 2125429 wird ein Teerentfernungsprozeß aus Vergasungsprodukten der Kohle beschrieben, der dadurch

gekennzeichnet ist, daß der kondensierte Teer mittels Waschen des gekühlten Kondensates mit einer kohlenwasserstoffhaltigen

Flüssigkeit gewonnen wird. Dieses V erfahren ist zur Herstellung eines pumpfähigen, fluiden Teeröl-Feststoff-Wassergemisches

ungeeignet, weil die Teerölkomponente in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt innerhalb des fluiden Rückstandes entscheidend für die Förderfähigkeit dieses Rückstandes ist und auf keinen Fall vorher abgetrennt werden darf. Entsprechend Patent

GB 1550636 wird ein Verfahren beschrieben, wonach Rohgas aus der Druckvergasung (0,5 bis 15MPa, 400⁰C bis 700°C) durch Direktkühlung mit einem Kondensat auf 220°C-160°C abgekühlt wird, wobei sich ein Teer, Feststoff und Wasser enthaltendes Kondensat bildet, welches in eine Teer und Feststoff (10Gew.-%-60Gew.-%) enthaltende schwere Fraktion und in Gaswasser

getrennt wird, wobei danach aus der schweren Fraktion die Feststoffteilchen mit einem Durchmesser größer 2 mm ausgchalten werden und eine Rückführung in den Generator erfolgt. Nachteilig ist hier zu vermerken, daß sich unter den Bedingungen der

Festbettdruckvergasung von Weichbraunkohlen eine Abtrennung des Wassers von einem Gemisch, welches nur Teeröl und Feststoff enthält, nicht realisieren läßt. Des weiteren enthalten die Angaber 'eine Aussagen über die Anteile Teer und Feststoff

im Gemisch, wobei gerade die Festlegung der zulässigen Schwankungsbreite die entscheidende Voraussetzung zur Herstellung eines fließ- und pumpfähigen Rückstandes ist.

Nach Patent US 4087258 wird ein Prozeß zur Reinigung von Rohgas beschrieben, welches durch Vergasung fester Brennstoffe

hergestellt wird. Zur Gasreinigung werden speziell konstruierte Waschapparate wie z.B. Zyklone und Venturiwäsche verwendet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein kontinuierliches, ökonomisch günstiges und umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung und Abtrennung eines fluiden Produktes im Prozeß der Gasaufbereitung von Rohgasen, wobei das Rohgas durch Festbettdruckvergasung von Weichbraunkohlen erzeugt wird und sich das fluide Produkt aus wechselnden, aber in definierten Grenzen festgelegten Anteilen an Teeröl, Wasser und Feststoff zusammensetzt, wodurch eine exakte Trennung des Teeröl-Feststoff-Wasser-üemisches vom überschüssigen Gaswasser erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Festbettdruckvergasung von Weichbraunkohlen in der dem Gaserzeuger

nachgeschalteten Prozeßstufe Kondensation ein fluides, pumpfähiges Produkt herzustellen, das sich aus festgelegten Anteilen von Teeröl, Feststoff und Wasser zusammensetzt, dieses Produkt exakt vom Gaswasser zu trennen und anschließend ökonomisch vorteilhaft energetisch oder stofflich zu verweiten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gesamten Kondensate der Temperaturstufe kleiner 200⁰C bis 120°C,

die Teeröl, Feststoff und im Überschuß Gaswasser enthalten, ohne Abtrennung als Waschwasser in die direkte Kühlstufe,

Temperaturbereich 200⁰C, eingespeist werden. Dietechnische Lösung ist so ausgelegt, daß bei einem Staubaustrag unterhalb 20 g/m³ i. N. Rohgas der Temperaturbereich nicht

bis 12O⁰C ausgedehnt werden muß, um genügend Teeröl zur Bildung des fluiden Produktes bereitzustellen.

Die Einspeisung des unabgetrennten Kondensationsgemisches der Temperaturstufe kleiner 200°C bis 120⁰C in die direkte Kühlstufe, Temperaturbereich 200⁰C, bewirkt eine derart intensive Vermischung dei aus dem Generator ausgetragenen Feststoffteilchen, vorzugsweise Kohlenstoffstaub, mit dem Teeröl beider Kühlstufen, was zur Folge hat, daß nicht nur die

gröberen Staubteilchen, sondern auch die Feinststäube vollständig mit Teeröl benetzt werden, wodurch eine weitestgehende

Auswaschung dor Feststoffteilchen erreicht wird. Eine vollständige Benetzung der Feststoffteilchen ist dadurch auch bei einem

erhöhten Staubaustrag aus dem Generator gesichert. Dieser Vorgang findet gleichzeitig mit der Rohgaskühlung und der

Kondensatabscheidung innerhalb der drekten Kühlstufe statt, und er ist die entscheidende Voraussetzung zur Bildung dor

fluiden, feststoff-, teeröl- und wasserhaltigen Phase. Die fluide Phase, nachfolgend Teeröl-Feststoff-Wasser-Gemlsch genannt, liegt bereits in der direkten Kühlstufe bei einem Systemdruck von 2,0-3,0MPa auf Grund der sich einstellenden Partialdrücke der eingespeisten Medien in flüssiger Form vor, sie ist aber im überschüssigen Gaswasser tröpfchenförmig verteilt.

Mit der Bildung dieses fluiden Produktes gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird gleichzeitig eine Emulsionsbildung

verhindert. Das gesamte Kondensationsgemisch der direkten Kühlstufe wird gemeinsam über einen Entspanner geleitet und in einer Sedimentationsstufe bei maximal 10O⁰C in fluidos Teeröl-Feststoff-Wasser-Gemisch und Gaswasser getrennt. Die

Trennung erfolgt auf Grund der Dichteunterschiede zwischen fluider Phase und dem Gaswasser. Entscheidend ist hierbei die Einhaltung eir.er optimalen Beruh'.yungszeit, damit sich die tröpfchenförmig verteilt vorliegende fluide Phase am Boden des Sedimentationsgefäßes sammeln und es zur Ausbildung einer Trennschicht zum überstehenden Gaswasser kommen kann. Die

fluide Phase, auch fluides Produkt genannt, wird am Boden des Sedimentationsgef'ißes abgezogen, wonach sie energetisch oder stoffwirtschaftlich genutzt werden kann.

Die Sedimentationsstufe kann bei Erfordernis zweistufig ausgelegt werden. Die Nachschaltung einer zweiten Sedimentationsstufe, bei der das vorgeklärte Gaswasser einer erneuten sedimentativen Klärung unterworfen wird, ist für den Fall vorzusehen, wenn in der ersten Stufe keine ausreichende Abtrennung erreicht wird. Das zur Bildung des fluiden Produktes nicht benötigte Teeröl wird in der Entphenolung vom Gaswasser getrennt und danach

destillativ aufgearbeitet. Die Menge des überschüssigen Teeröles schwankt in Abhängigkeit des rHt dem Rohgas ausgetragenen

Feststoffes. Durch die erfindungsgemäß beschriebene Kopplung von Verfahrensstufen, beginnend mit der Herstellung des fluiden Produktes

in der direkten Kühlstufe unter Systemdruck 2,0MPa-3,0MPa bis zur Sedimentationsstufe, ein- oder zweistufig, gelingt die

Gewinnung eines fluiden, pumpfähigen und in seiner Zusammensetzung definierten Produktes. Ausführungsbeijpiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein entsprechendes Verfahrensschema. Alle Mengenangaben beziehen sich auf 1000m³ i. N. Rohgas. Das Rohgas, welches an Verunreinigungen Feststoff, Teeröl und Gaswasser enthalt, verläßt den Festbettdruckvergaser 1 mit einer Temperatur von 450°C und einem Druck von 2,4 MPa und tritt in die direkte Kühlstufe 2 ein, wo eine Abkühlung auf 200⁰C durch Einspeisung des Kondensatgemisches der Temperaturstufe 185⁰C bis 120°C, welche eins indirekte Kühlstufe 3 ist, erfolgt. Aus dem Festbettdruckvergaser 1 werden 1000kg Gaswasser, 58 kg Teer- und Mittelöl und 10kg Feststoff ausgetragen. Das ungetrennte Kondensat der indirekten Kühlstufe 3, das aioh aus 1200 kg Gaswasser, 16kg Teeröl bzw. Mittelöl und 1 kg Feststoff zusammensetzt und unter Systemdruck von 2,4MPa steht, wird in einer Vorlage 4 gesammelt und über eine Pumpe in die direkte Kühlstufe 2 eingespeist. In der direkten Kühlstufe 2 kommt es zur Bildung des erfindungsgemäß beschriebenen fluiden Produktes, welches in verteilter Form im überschüsssigen Gaswasser vorliegt. Das gesamte Kondensatgemisch der direkten Kühlstufe 2 wird im Entspanner 5 auf Umgebungsdruck entspannt und in einer Sedimentationsstufe 6, die ein geschlossener Behälter ist, erfolgt auf Grund der Dichteunterschiede eine Trennung in fluides Teeröl-Feststoff-W jssergemisch, welches sich im unteren Teil der Sedimentationsstufe abscheidet, und in Gaswasser. Die Temperaturen betragen in der Sedimentationsstufe 96-98⁰C, die Verweilzeit zur Abscheidung des fluiden Produktes beträgt 0,5-1 Stunde.

Am Boden der Sedimentationsstufe werden kontinuierlich 35 kg fluides Teeröl-Feststoff-Wassergemisch mit einer Dichte größer 1 g/cm³ mittels Pumpe abgezogen und energetisch oder stofflich verwertet. Die Zu ;ammensetzung des fluiden Produktes beträgt 54,d Ma.-% Teeröl, 28,6Ma.-% Feststoff und 17,1 Ma.-% Wasser. Als obere Phase fallen 1950kg Gaswasser, welches 5 Kg Teeröl enthält, an, das zur Entphenolung abgepumpt wird.

Für den Fall einer nicht ausreichenden Abscheidung des fluiden Produktes in der ersten Sedimentationsstufe 6 ist eine zweite Sedimentationsstufe 7 nachzuschalten, in der die restliche Menge an fluidem Teeröl-Feststoff-Wassergemisch abgeschieden und diskontinuierlich in die erste Sedimentationsstufe zurückgepumpt wird

Verfahrensschema: Anlage

Claims (3)

1 26b 394 Patentanspruch:

1. Verfahren zur Herstel'ung und Gewinnung fluider Produkte bei der Kohledruckvergasung von Braunkohle, gekennzeichnet dadurch, daß die bei der Kühlung des Rohgases unter Systemdruck anfallenden Kondensationsprodukte, die sich aus Gaswasser, Teeröl und Feststoff in unterschiedlichen Mengenanteilen zusammensetzen, in zwei Temperaturstufen getrennt werden, in die Temperaturstufe größer oder gleich 200⁰C, welche eine direkte Kühlstufe ist, und in die Temperaturstufe kleiner 200⁰C, vorzugsweise 185⁰C bis 12O⁰C, die eine indirekte Kühlstufe ist und daß die in der indirekten Kühlstufe anfallenden Kondensate als Gemisch, ohne Auftrennung und ohne Entspannung als Waschwaf ser in die direkte Kühlstufe eingespeist werden, wobei es durch Vermischung der Kondensate beider Temperaturstufen unter Systemdruck zur Bildung des fluiden, pumpfähigen Produktes kommt, welches zusammen mit dem im Überschuß vorliegenden Gaswasser über eine Druckentspannungsstufe in eine Sedimentationsanlage geleitet wird, in der die Abtrennung des fluiden Produktes als einheitliche Phase, Dichte größer 1 g/cm³, vom Gaswasset bei Umgebungsdruck und Temperaturen zwischen 95⁰C-IOO⁰C erfolgt und von wo aus eine kontinuierliche Abförderung dieses fluiden Produktes, das eine Zusammensetzung von 8-30 Ma.-% Gaswasser, 30-65 Ma.-% Teeröl und 10-40Ma.-% Feststoff aufweist, mittels Pumpen zur energetischen oder stofflichen Verwertung durchgeführt und gleichzeitig geklärtes Gaswasser zur Entphenolung gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit des Feststoffaustrages aus dem Generator auch ein Temperaturbereich der indirekten Kühlstufe festgelegt werden kann, welcher innerhalb des Bereiches 185⁰C bis 12O⁰C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Sedimentationsanlage wahlweise ein- oder zweistufig ausgelegt werden kann.

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Anwendungsgebiet der Erfindung