DE102008005704A1

DE102008005704A1 - Verfahren und Anlage zur Entfernung insbesondere bei der Synthesegas-Gewinnung anfallenden Schlacken aus einem Schlackebad-Behälter

Info

Publication number: DE102008005704A1
Application number: DE102008005704A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Kuske; Johannes Dr. Kowoll
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-07-30
Also published as: CN101918125A; BRPI0906524A2; EP2234709B1; WO2009092569A4; CA2712623A1; US8414780B2; WO2009092569A3; RU2010134924A; WO2009092569A2; CA2712623C; TW200940699A; ES2528387T3; UA98526C2; PL2234709T3; US20100288711A1; ZA201005983B; CN101918125B; AU2009207850A1; HK1150159A1; EP2234709A2

Abstract

Mit einem Verfahren zur Entfernung insbesondere bei der Synthesegas-Gewinnung anfallenden Schlacken aus einem in einem Druckbehälter befindlichen Schlackebad in einen Sammelbehälter für die Schlacke, in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schlackebades, wobei unterhalb des Schlackebades ggf. eine Einrichtung zum Brechen der Schlacke und zwischen den Behältern ein Schleusenventil vorgesehen ist, sollen die entsprechenden Verfahrensweisen und Anlagen der in Rede stehenden Gattungen deutlich verbessert werden, bei Verbesserung des Schlackeabzuges und bei Vermeidung von umweltbelastenden Brüden oder Abgasen. Dies wird dadurch erreicht, dass unterhalb des Schleusenventils ein mit der Flüssigkeit in den Behältern in Kontakt stehender, mit einer Gasblase gefüllter Raum, insbesondere Ringraum, vorgesehen ist, in dem der Druck der Gasblase durch Gaszufuhr derart geregelt wird, dass wenigstens ein Teil des im Schlacke-Schleusen/Sammelraum befindlichen Wassers beim Öffnen des Schleusenventils dieses in Richtung des Schlackebades gegen die Schwerkraftrichtung durchströmt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Entfernung insbesondere bei der Synthesegas-Gewinnung anfallenden Schlacken aus einem in einem Druckbehälter befindlichen Schlackebad in einen Sammelbehälter für die Schlacke, in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schlackebades, wobei unterhalb des Schlackebades ggf. eine Einrichtung zum Brechen der Schlacke und zwischen den Behältern ein Schleusenventil vorgesehen ist, sowie auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Insbesondere bei der Herstellung von Synthesegas fällt bei der teilweisen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen Schlacke an, die in einem Wasserreservoir abgeschreckt und abgekühlt wird. Dabei ist es auch bekannt, zu große Schlacketeile in diesem Abschreckbad mittels entsprechender Einrichtungen zu zerkleinern. Zum Stand der Technik seien hier insbesondere die DE-26 06 039-A1 , die DE-31 44 266-A1 , die DE-600 31 875-T2 , die EP-0 290 087-A2 oder die US-4 852 997 genannt.
Um das Austragen der Schlacke bzw. das Durchströmen der entsprechenden Schleusenbereiche zu verbessern, ist es bekannt, aus einem im System stromabwärts liegenden, in der Regel in Schwerkraftrichtung unter den anderen Behältern angeordneten Sammelbehälter feststoffarmes Wasser in den darüber befindlichen Behälter zu pumpen, um so die Strömung durch die Engpässe bzw. ein Ventil bei dessen Öffnung zu verbessern. Diese Strömungsausbildung zwischen dem stromabwärtigen Behälter und dem stromaufwärts liegenden Behälter kann z. B. durch Pumpen erfolgen, wie dies in der DE-600 31 875-T2 gezeigt ist oder in der DE-31 44 266-A1 beschrieben ist. Sie kann aber auch durch eine Unterdruckgasblase im Kopfbereich des stromabwärtigen Behälters bewirkt werden, wie dies in der EP-0 290 087-A2 beschrieben ist, die mit der Gasblase im Unterdruck den Wasser-/Schlackestrom durch die Ventilbereiche unter Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit durchsaugt.
Neben dem Problem des Festsetzens von Schlacke in Einschnürungen bzw. im Ventilbereich, besteht ein anderes Problem darin, dass umweltbelastende Brüden das System verlassen können.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, die entsprechenden Verfahrensweisen und Anlagen der in Rede stehende Gattungen deutlich zu verbessern, bei Verbesserung des Schlackeabzuges und bei Vermeidung von umweltbelastenden Brüden oder Abgasen.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass unterhalb der Schleuse ein mit der Flüssigkeit in den Behältern in Kontakt stehender, mit einer Gasblase gefüllter Raum, insbesondere Ringraum, vorgesehen ist, in dem der Druck der Gasblase durch Gaszufuhr derart geregelt wird, dass wenigstens ein Teil des im Schlacke-Schleusen/Sammelraum befindlichen Wassers beim Öffnen des oberen Schlackebad-Schleusenventiles dieses in Richtung des Schlackebades gegen die Schwerkraftrichtung durchströmt.
Es hat sich gezeigt, dass durch einen kurzen Gas- bzw. Wassergegenstrom durch das obere Schleusenventil evtl. auftretende Brücken aus zusammengepressten, verkeilten Schlacken oder Großpartikel sich lösen lassen, um für einen optimalen Durchfluss zu sorgen.
Weitere Verbesserungen der Durchströmung ergeben sich z. B. dadurch, dass dem Schlacke-Schleusen/Sammelbehälter Einbauten zugeordnet sind, mit denen die Schlacke-/Wasserströmung verändert wird.
Je nach Verfahrensbedingungen ist es möglich, dass bereits im ersten, das Granulat der Schlacke bildenden Behälter Temperaturen im Sättigungsbereich z. B. bei 200°C liegen, die am Ende des Systemes bei geringer Kühlung zu einer erheblichen Brüdenbildung führen, die es, wie oben schon angegeben, zu vermeiden gilt.
Hier sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der Einschnürung folgend ein verengter Strömungskanal, in dem der Schlacke-/Wasserstrom gekühlt wird, vorgesehen ist und/oder dass im Schlacke-Sammel-/Schleusenbehälter durch Zuspeisung von kälterem Wasser ein Gegenstrom gegen den Schlackestrom erzeugt wird. Vorteilhaft ist eine tangentiale oder sekantiale Einspeisung des Wassers, um Drall zu erzeugen und die Kühlung zu verbessern.
Eine besonders günstige Verfahrensweise, insbesondere am Ende des Schlacke-Behandlungsweges, besteht darin, dass zum Entleeren des Schlacke-Sammel/Schleusenbehälters durch Zufuhr des Frischwassers die Temperatur eingestellt und nach Erreichen der gewünschten Temperatur ein Auslassventil geöffnet und das Wasser-/Schlackegemisch einer gekapselten Absetzpfanne od. dgl. zugeführt wird, wobei die gekapselte Absetzpfanne mit Einrichtungen zum Austragen der abgesetzten Schlacke sowie mit Einrichtungen zum Abzug von Brüden ausgerüstet ist.
Die oben gestellte Aufgabe wird mit einer Anlage gelöst, die aus einem Schlackebad-Behälter mit ggf. einer Einrichtung zum Brechen der anfallenden Schlacke besteht, dem in Schwerkraftrichtung unten eine Schleuse zugeordnet ist, die mit einem Schlacke-Sammel-/Schleusenbehälter in Verbindung steht und die sich dadurch auszeichnet, dass unterhalb des Eintrittsventiles der Schleuse ein Aufnahmeraum für eine Gasblase vorgesehen ist, deren Druck über ein Füllventil steuerbar ist und die mit der Flüssigkeit im Sammelbehälter in Wirkverbindung steht.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den weiteren, die Anlage betreffenden Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in den
1 und 2 je ein vereinfachtes Anlageschaubild zweier Ausgestaltungen der Erfindung.
Bezugnehmend auf 1, die lediglich den Bereich einer Synthesegasgewinnungsanlage zeigt, die sich mit der Entsorgung der Schlacke befasst, und die alle Anlageelemente schematisch wiedergibt, ist dieser Behälter für das vorgesehene Schlackebad mit eingezeichnet, das Schlackebad selbst mit Abschreckzone und Sammelraum für die Schlacke 1a.
Lediglich symbolhaft sind mit 2 Schlackebrecher wiedergegeben, die sich in einem vergüngenden Raum des Schlackebadbehälters 1 befinden können. Unterhalb dieser Schlackebrecher führt eine Einschnürung 3 zu einer mit 4 bezeichneten Schleusenventiles, das in ein rohrförmiges Element führt, das wiederum bei Öffnung des Ventiles 4 den Schlacke-/Wasserstrom in einen mit 5 bezeichneten Trennbehälter leitet, der mit einer Einschnürung 6 ausgestattet ist, um die Schlacketrennung zu erleichtern.
Wie dargestellt, ergibt sich in diesem Trennbehälter 5 im Kopfbereich ein mit einer Gasblase 5a gefüllter Ringraum, die Gaszufuhr ist mit 23 bezeichnet.
Wie ersichtlich, ist diese Gasblase 5a in Wirkkontakt mit dem Flüssigkeitsspiel im Trennbehälter 5, wobei der Gasdruck über die Leitung 23 so einstellbar ist, dass ein solcher Überdruck herrscht, dass es bei Öffnung der Schleuse 4 zu einer stoßartigen kurzfristigen Rückströmung des Flüssigkeitsgemisches aus dem Trennbehälter 5 durch das Ventil 4 hindurch in den Trichterbereich 3 des Schlackebades 1 kommt, um dort ggf. verkeilte Schlacke-Brücken zu lösen.
Im Beispiel der 1 folgt dem Trennbehälter 5 ein verengter Strömungskanal 7, der dann einem Schlacke-/Schleusensammelraum 8 zugeführt wird, an dessen Ende ein Auslassventil 9 zur Ausschleusung der sich dort ansammelnden Schlacke befindet. Der Strömungskanal 7 und der Behälter 8 können mit äußeren Kühlschlangen ausgestattet sein, um den durchströmenden Schlacke-/Wasserstrom deutlich zu kühlen
Zur weiteren Kühlung kann, wenn nötig, eine Einspeisung von Kaltwasser zu diesem Schleusenbehälter 8 vorgesehen sein, was in der 1 mit 20 bezeichnet ist, wobei eine kühlende, umlaufende Strömung einstellbar ist. Eine entsprechende Strömungsleitung ist in 1 mit 21 bezeichnet, die mit der Leitung 20 ggf. über eine hier nicht näher dargestellte Schlacke-/Wasserbehandlung zur Bildung einer Ringströmung verbunden sein kann.
Das Ausschleusungsventil 9 führt in eine mit 10 bezeichnete Kapselung einer Schlacke-Aufnahmepfanne 13, die mit einer Schlacke-Austragseinrichtung, z. B. einem Kratzförderer 13a, ausgerüstet sein kann, wobei der mit 12 bezeichnete Schlackeaustrag zusätzlich noch über eine Sprühvorrichtung 11 mit Flüssigkeit beaufschlagbar ist, um die Austragung von Verunreinigungen an die Umgebung zu verhindern.
Um die gekühlten Brüden aus der Kapselung 10 austragen zu können, ist ein Brüdenabzug 15 vorgesehen, der in einen Tropfenabscheider 16 mündet, wobei mit 17 eine Fördereinrichtung, z. B. eine Wasserstrahlpumpe, angedeutet ist, die gleichzeitig auch mit einer weiteren Sprüheinrichtung 18 betrieben werden kann, um die einfallende Schlacke zu besprühen, die sich dann in der Pfanne absetzt, was mit 14 bezeichnet ist. Der Abluftausgang aus dem Tropfenabscheider 16 ist mit 19 bezeichnet.
Die Wasserstrahlpumpe 17 und die Sprühvorrichtung 18 benötigen einen hohen Wasserstrom, der ähnlich groß ist, wie der Schlacke-Wasserstrom aus dem Behälter 8 während der Entleerung durch das Ventil 9, z. B. 12 m³ in zwei Minuten, d. h. 0,1 m³/s. Um eine großdimensionierte Wasserversorgung (Wasserleitung, Pumpe u. a.) zu vermeiden, wird Wasser aus einem Druck-Vorratsbehälter 27 (in 2 angedeutet) für die Wasserstrahlpumpe 17 und die Spritzvorrichtung 18 und optional auch für die Spülung 20 während des Füllvorganges des Behälters 8 mit Schlacke verwendet. Der Überdruck wird mit einem Druckpolster erzeugt. Bevorzugt wird ein höherer Druck als der des Wasserbades, damit das Wasser zuerst für die Spülung 20 unter hohem Druck und dann für die Wasserstrahlpumpe 17 und die Sprühvorrichtung 18 während der Entleerung des Behälters verwendet werden kann. Auch für das Füllen des leeren Behälters 8 im drucklosen Zustand ist ein ähnlich hoher Wasserstrom erforderlich. Dieser Wasserbedarf kann durch einen preiswerten, drucklosen Vorratsbehälter gedeckt werden, der oberhalb des Behälters 8 untergebracht sein kann (nicht dargestellt), um das Wasser nur mit Hilfe des hydrostatischen Druckes umfüllen zu können. Beide Behälter werden mit einem relativ kleinen Wasserstrom während des gesamten Zyklusses, z. B. eine Stunde, mit Wasser versorgt. Die Vorratsbehälter ermöglichen auch die Verwendung von kontinuierlich anfallendem bzw. behandeltem und gekühlten Prozesswasser.
Zusätzlich zeigt 1 noch die Einrichtung zur Bildung einer den Schlacke-Fluss unterstützenden Ringströmung mit Auszug der Flüssigkeit aus dem Trennbehälter 5 über eine Umwälzpumpe 22 in den Schlacke-Badbehälter 1 unterhalb des Flüssigkeitsniveaus. Mit 24 ist eine Leitung zur Rückführung von verdrängtem Wasser angedeutet, mit 25 eine evtl. Ableitung des verdrängten Wassers je nach Zuspeisung von Frischwasser, z. B. über die Leitung 20, wobei mit 26 noch eine Abluftleitung angedeutet ist.
In 2 ist ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anlage wiedergegeben, wobei die wirkmäßig gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen wie in 1, dort ist allerdings der Trennbehälter 5 mit Einbauten 6 sowie der Schlacke-/Schleusensammelraum 8 als ein Bauteil ausgebildet und in 2 mit 5, 8 bezeichnet. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn das Schlacke-Bad bei relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden kann, so dass eine intensive Wegspülung etwa über eine Kühlstrecke 7 entbehrlich ist.
In 2 sind noch einige zusätzliche Anlagenteile mit eingezeichnet, so beispielsweise ein Frischwasservorratsbehälter 27, der mit einem Gaspuffer 28 ausgerüstet ist, ebenso wie eine Schlacke-/Wasser-Behandlungsanlage, allgemein mit 29 bezeichnet, der aus den einzelnen Systemteilen Schlacke/Wasser zugeführt werden kann, diese ggf. über eine Leitung 30 als Filtrat dem Schlackebad-Behälter 1 wieder zugeführt werden kann.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf eine bestimmte Form der einzelnen Bauteile beschränkt, auch nicht auf die Art eines Schlackebrechers 2, die besondere Art der Kühlung der Kühlstrecke 7 sowie der Aufbereitung des Schlackewassers, um nur einige Beispiele zu nennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2606039 A1 [0002]
- DE 3144266 A1 [0002, 0003]
- DE 60031875 T2 [0002, 0003]
- EP 0290087 A2 [0002, 0003]
- US 4852997 [0002]

Claims

Verfahren zur Entfernung insbesondere bei der Synthesegas-Gewinnung anfallenden Schlacken aus einem in einem Druckbehälter befindlichen Schlackebad in einen Sammelbehälter für die Schlacke, in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schlackebades, wobei unterhalb des Schlackebades ggf. eine Einrichtung zum Brechen der Schlacke und zwischen den Behältern ein Schleusenventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Schleusenventiles ein mit der Flüssigkeit in den Behältern in Kontakt stehender, mit einer Gasblase gefüllter Raum, insbesondere Ringraum, vorgesehen ist, in dem der Druck der Gasblase durch Gaszufuhr derart geregelt wird, dass wenigstens ein Teil des im Schlacke-Schleusen/Sammelraum befindlichen Wassers beim Öffnen des Schlackebadventiles dieses in Richtung des Schlackebades gegen die Schwerkraftrichtung durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schlacke-Schleusen/Sammelbehälter Einbauten zugeordnet sind, mit denen die Schlacke-/Wasserströmung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Einbauten folgend ein verengter Strömungskanal vorgesehen ist, in dem der Schlacke-/Wasserstrom gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schlacke-Sammel-/Schleusenbehälter durch Zuspeisung von kälterem Wasser ein Gegenstrom gegen den Schlackestrom erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Füllvorganges und vor dem Entleeren des Schlacke-Sammel/Schleusenbehälters durch Zufuhr des Frischwassers die Temperatur eingestellt und nach Erreichen der gewünschten Temperatur ein Auslassventil geöffnet und das Wasser-/Schlackegemisch einer gekapselten Absetzpfanne od. dgl. zugeführt wird, wobei die gekapselte Absetzpfanne mit Einrichtungen zum Austragen der abgesetzten Schlacke sowie mit Einrichtungen zum Abzug von Brüden ausgerüstet ist.
Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Entfernung insbesondere bei der Synthesegas-Gewinnung anfallenden Schlacken aus einem in einem Druckbehälter befindliche Schlackebad (1) in einen Sammelbehälter (8) für die Schlacke, in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schlackebades, wobei unterhalb des Schlackebades (1) ggf. eine Einrichtung (2) zum Brechen der Schlacke und zwischen den Behältern ein Schleusenventil (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Schleusenventiles (4) ein Aufnahmeraum (5a) für eine Gasblase vorgesehen ist, deren Druck über ein Füllventil steuerbar ist und die mit der Flüssigkeit im Sammelbehälter (5, 8) in Wirkverbindung steht.
Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch strömungsbeschleunigende Einbauten (6) im Schlacke-Sammel-/Schleusenbehälter (5, 8).
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass den strömungsbeschleunigenden Einbauten (6) ein verengter Strömungskanal (7) folgt, in dem die Schlacke durch Wasser im Gegenstrom gekühlt wird.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der verengte Strömungskanal (7) und/oder der nachfolgende Behälter (8) mit Kühleinrichtungen, z. B. Kühlschlangen, zur Kühlung des Wasser-/Schlackestromes ausgerüstet ist.
Anlage nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Schlacke-Aufnahmepfanne (13), die mit einer gasdichten Kapselung (10) versehen ist.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gekapselte Schlacke-Aufnahmepfanne (13) mit Austragsmitteln (13a) für die gekühlte Schlacke und/oder mit einer Brüdenabzugseinrichtung (17) mit Tropfenabscheider (16) ausgerüstet ist.
Anlage nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch wenigstens einen Frischwasserbehälter (27) mit Gaspuffer (28) zum Befüllen des Behälter (8) mit Wasser nach dessen Entleerung und/oder zum Druckwasserspülen und/oder zum Bespritzen der Schlacke beim Entleeren des Behälters (8) mit zusätzlichem Wassser.
Anlage nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusenbehälter (8) mit einer Kalt- bzw. Frischwassereinspeisung (20) versehen ist, die derart tangential ausgerichtet ist, dass sich bei Einspeisung des Frischwassers eine rotierende Strömung im Behälter (8) ausbildet.