DE102013114116B4

DE102013114116B4 - Vorrichtung zur mechanischen Abtrennung von Öl und Teer aus Gaskondensat und Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013114116B4
Application number: DE102013114116.1A
Authority: DE
Inventors: Erhard Lath; Frederic Judas
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN204582612U; CN104707363A; CN104707363B; AU2014365396A1; DE102013114116A1; AU2014365396B2; WO2015090981A1

Abstract

Vorrichtung 1 zum mechanischen Abtrennen von Öl und Teer aus Gaskondensat umfassend einen zur Atmosphäre offenen oder geschlossenen Außenbehälter 2 mit rechteckigem Querschnitt, der vom Gaskondensat durchströmt wird und mit folgenden Merkmalen versehen ist: – ebene, senkrechte Trennwände 3a, 3b, ein Eingangsabteil 3 bildend zur Aufnahme des Koaleszenzmittelbehälters 4, konischer Abteilboden 3c mit Bodenauslauf an seiner tiefsten Stelle zur Ausleitung von herabgesunkenem Teer, – ein Zulaufrohr 5 zur Einleitung des zu reinigenden Gaskondensats in das Eingangsabteil 3 der Vorrichtung 1, – Koaleszenzmittelbehälter 4, im Eingangsabteil 3 über der Mündung des Zulaufrohrs 5, quer zur Langseite des Behälters 2, über die gesamte Breite des Behälters 2 angeordneter, rechteckiger Behälter, gefüllt mit metallurgischem Koks, dessen Wände an der Ober- und Unterseite 4a, 4b perforiert sind, sodass das Gaskondensat den Behälter 4 von unten nach oben durchströmen kann, – Parallel- oder Wellplattenabscheider 6a und 6b, jeweils links und rechts von Eingangsabteil 3 angeordnet, in Form eines rechteckigen, die gesamte Breite des Behälters 2 einnehmenden Kastens, wobei die Parallelplattenabscheider in einem Winkel von ca. 45° gegen die Waagerechte angeordnet sind, – ein Ölabscheideabteil 7 des Behälters 2, abgetrennt vom übrigen Behälterraum durch die Oberseiten 4b des Koaleszenzmittelbehälters und den Parallelplattenabscheidern 6a und 6b und senkrechter, direkt an die untere Auslassseite der Parallelplattenabscheider anschließender ebener Trennwände 7a und 7b, wobei das Ölabscheideabteil 7 nach oben, zur Atmosphäre, offen ist, wobei im oberen Teil des Abteils 7 ein Wehr 8 mit Ablaufleitung installiert ist, das den Flüssigkeitsstand im Abteil 7 definiert und über das das abgeschiedene Öl aus der Vorrichtung 1 ausgeleitet wird, – Kondensataustrittsabteile 11a und 11b, links und rechts von Eingangsabteil 3 angeordnet, durch die Trennwände 7a und 7b und die Parallelplattenabscheider 6a und 6b von Ölabscheideabteil 7, sowie durch die Trennwände 3a und 3b von Eingangsabteil 3 abgetrennt, wobei die untere Auslassseite der Parallelplattenabscheider 6a und 6b in diese Abteile münden, ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Abtrennung von Öl und Teer aus Gaskondensat, die einen Behälter umfasst, der mit einem, vom Gaskondensat durchströmbaren, ein Koaleszenzhilfsmittel enthaltenden Behälter und mit Parallelplattenabscheidern ausgestattet ist, wobei das Behältervolumen durch Trennwände in Abteile unterteilt ist, in denen sich das Öl bzw. der Teer aus dem Gaskondensat durch Schwerkrafteinwirkung absetzen.
Stand der Technik
Mittels Festbettdruckvergasungsreaktoren wird fester Brennstoff, wie Kohle, Koks oder sonstiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit Dampf und Sauerstoff als Vergasungsmittel bei erhöhter Temperatur und, in den meisten Fällen, unter Überdruck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegas vergast, wobei eine feste Asche erhalten wird, die über einen Ascheaustragsrost, der in vielen Fällen als Drehrost ausgebildet ist, aus dem Reaktor ausgetragen wird. Dieser Reaktortyp wird häufig auch als FBDB-(= Fixed Bed Dry Bottom)-Druckvergaser bezeichnet. Dabei kommt es bei der Kühlung des erzeugten Gases zur Bildung von Gaskondensat. Es handelt sich dabei um den kondensierten Dampfanteil des Gases aus dem Wassergehalt des Rohstoffs (bei Kohle), unzersetztem Wasserdampf und Bildungswasser, das durch teilweise Oxidation des im Rohstoff enthaltenen Wasserstoffs bei der Vergasung entsteht, vgl. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 14, S. 449.
Bevor das Gaskondensat als Abwasser in einer biologischen Kläranlage entsorgt werden kann, muss es aus Gründen des Umweltschutzes und der Rückgewinnung von Wertprodukten aufgearbeitet werden. Dabei werden zunächst Öle, Teer und Staub, sowie später auch Phenole und Ammoniak aus dem Gaskondensat abgetrennt. Am Anfang dieser Verfahrensschritte steht demnach die auf mechanischem Wege erfolgende Abtrennung von Öl und Teer aus dem Gaskondensat.
Bei den Vorrichtungen, die zur mechanischen Abtrennung von Öl und Teer aus dem Gaskondensat verwendet werden, handelt es sich um Absetzbehälter, in denen die Verunreinigungen allein auf Grund ihrer Dichteunterschiede und der Einwirkung der Schwerkraft aus dem Gaskondensat abgetrennt werden. Vorrichtungen dieser Art sind an sich bekannt, vgl. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 14, S. 450, . Gröbere Teerpartikel und Öltropfen können auf diese Weise mit vertretbarem Aufwand aus dem Gaskondensat abgetrennt werden. Aber zur Abtrennung kleinerer Teerpartikel und Öltropfen sind die vorbeschriebenen Absetzbehälter nicht gut geeignet, da dann die Abtrennungsvorgänge sehr langsam ablaufen und eine lange Verweilzeit des Gaskondensats in diesen Absetzbehältern und damit ein großes Volumen dieser Vorrichtungen und einen hohen Platz- und Kostenaufwand erfordern.
In der Offenlegungsschrift DE 25 43 532 A1 wird vorgeschlagen, das im Vergaser erzeugte Gas in mehreren Stufen, fraktioniert abzukühlen, um auf diese Weise Teer und Teeröl getrennt auszukondensieren und dann in getrennten, nach dem Schwerkraftprinzip arbeitenden Scheidern aus dem Gaskondensat abzutrennen. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass es durch mitgerissene Ascheteilchen zu Emulsionsbildung im Gaskondensat kommen kann. Zur Spaltung dieser Emulsion wird die Zugabe von Ammoniumkarbonat vorgeschlagen.
In der Offenlegungsschrift DE 26 07 745 A1 wird ein Verfahren zur Behandlung des Gaskondensats vorgeschlagen, bei dem berücksichtigt wird, dass bei hohen Durchsatzleitungen der Festbettdruckvergasungsreaktoren auch grobkörnige Feststoffe mit dem Gas aus dem Reaktor ausgetragen werden und im Abscheider, zusammen mit dem Teer, aus dem Gaskondensat abgetrennt werden. Da diese Feststoffe mit Teer vermischt sind, sind sie nur kostenaufwendig zu deponieren. Es wird daher vorgeschlagen, die abgeschiedenen Feststoffe durch ein Mahlwerk zu leiten und anschließend in den Vergasungsreaktor zurückzuführen.
Die Offenlegungsschrift DE 2033 021 A beschreibt eine Scheidevorrichtung zum Entfernen verschiedener Komponenten aus einer Flüssigkeit, wie Eiweiß- und Fettbestandteilen aus den Abwässern von Schlachthöfen oder Fleischfabriken. Die Scheidevorrichtung ist mit einer Zuführungs- und einer Auslaßkammer, zwischen denen ein oder mehrere Separatoren vorgesehen sind, ausgestattet. Die Vorrichtung umfasst weiterhin Flockungs- und/oder Sedimentationskammern, um die Abscheidung von sehr kleinen Partikeln und/oder von Partikeln, deren spezifische Dichte sich nur wenig von der des Wassers unterscheidet, durch die Separatoren zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der auch feinere Teer- und Ölpartikel auf mechanischem Weg und mit vertretbarem Platz- und Kostenaufwand aus dem Gaskondensat abgetrennt werden können.
Beschreibung der Erfindung
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Auch bei der Erfindung werden die Dichteunterschiede zwischen den Verunreinigungen, Öl und Teer und dem wässrigen Kondensat zur Abtrennung ausgenutzt.
Zur Beschleunigung der Koaleszenz der im Gaskondensat emulgierten Öl- und Teertropfen wird das Gaskondensat erst durch eine Packung aus metallurgischem Koks und anschließend durch Parallelplattenabscheider geleitet. Die Platten dieser Abscheider können auch als Wellplatten ausgebildet sein, in diesem Fall werden diese Abscheider als Wellplattenabscheider bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Außenbehälter mit einem rechteckigen Querschnitt. Der Behälter kann zur Atmosphäre hin offen oder geschlossen sein. Wenn aus dem Gaskondensat ausgasende Bestandteile umweltverträglich abgeführt werden sollen, wird der Behälter geschlossen ausgeführt und bei leichtem Überdruck von 30 bis 60 mbar von einem Gasstrom, z. B. aus Stickstoff bestehend, überlagert. Der Gasstrom wird aus dem Behälter in eine Reinigungseinrichtung oder zur Verbrennung, z. B. mittels einer Fackel, abgeführt.
Der Außenbehälter ist durch Zwischenwände in mehrere Abteile unterteilt, die nacheinander vom Gaskondensat durchflossen werden. Das Eingangsabteil ist zentral in der Mitte des Behälters angeordnet und enthält die Packung mit dem metallurgischen Koks. Die Packung ist in einem rechteckigen Behälter untergebracht, dessen Ober- und Unterseite perforiert sind, sodass die Packung vom Gaskondensat durchströmt werden kann. Unterhalb der Packung wird das zu reinigende Gaskondensat in die Vorrichtung über eine Zuführleitung eingespeist. Der Boden des Abteils ist konisch ausgeführt und hat an der tiefsten Stelle eine Öffnung zur Ausleitung von in den Boden herabgesunkenem Teer. Über dem Eingangsabteil liegt ein zweites, das sogenannte Ölabscheideabteil, in das das Gaskondensat, nach Durchströmung des metallurgischen Kokses, einmündet.
Der Gaskondensatstrom teilt sich in diesem Ölabscheideabteil, sodass jeweils ein Teilstrom durch die links und rechts vom Eingangsabteil angeordnete Parallel- oder Wellplattenabscheider in jeweils ein weiteres und damit letztes Behälterabteil abfließt. Die in der Kokspackung und in den Parallel- oder Wellplattenabscheidern gebildeten Öltropfen steigen hier im Gaskondensat auf und bilden auf der Oberfläche eine Ölschicht. Das Öl aus dieser Ölschicht wird über ein Wehr aus dem Behälter abgezogen.
Die im Gaskondensat enthaltenen Teertropfen koaleszieren ebenfalls in den Parallel- oder Wellplattenabscheidern und sinken in den konischen Boden des nächsten Abteils, in das die Abscheider münden, des sogenannten Kondensataustrittsabteils, ab. Aus dem konischen Boden kann dann der Teer abgezogen werden.
Die Trennwände zwischen dem Ölabscheideabteil und den rechts und links daran anschließenden Kondensataustrittsabteilen sind mit Durchlässen für den Teil des Öls ausgestattet, der in Flussrichtung des Gaskondensats aus den Parallel- oder Wellplattenabscheidern austritt und an den Trennwänden aufsteigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Rohre an die Durchlässe angeschlossen, die im Ölabscheideabteil kurz, bevorzugt 0,2 m, unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche münden. Durch diese Rohre wird vermieden, dass die Öltropfen zum Teil wieder von der Gaskondensatströmung mitgerissen werden und nicht zur Oberfläche aufsteigen können.
Das gereinigte Gaskondensat wird über jeweils ein Wehr aus den Kondensataustrittsabteilen abgezogen. Die Höhe der Wehre des Ölabscheide- und der Kondensataustrittsabteile muss so aufeinander abgestimmt sein, dass über das Wehr des Ölabscheideabteils eine möglichst wasserfreie Ölphase abgezogen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum mechanischen Abtrennen von Öl und Teer aus bei der Festbettdruckvergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe anfallendem Gaskondensat, wodurch besonders günstige Abscheideeigenschaften erzielt werden.
Ausführungsbeispiele
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungs- und Zahlenbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Anhand der Zeichnungen, 1 und 2, soll die erfindungsgemäße Vorrichtung erläutert werden.
1 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung 1.
2 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung 1 (durch den Behälterdeckel hindurch gesehen).
Die Zeichnung zeigt:

– die Vorrichtung 1 umfassend den Außenbehälter 2 mit dem rechteckigen Querschnitt und den darin befindlichen Einbauten, die im Folgenden im Einzelnen bezeichnet werden,
– die Trennwände 3a, b die das Eingangsabteil 3 bilden, in das über Zulaufrohr 5 das zu reinigende Gaskondensat eingespeist wird,
– den Koaleszenzmittelbehälter 4, der mit metallurgischem Koks gefüllt ist und dessen Ober- und Unterseite 4a, b perforiert sind,
– die Parallel- oder Wellplattenabscheider 6a, b,
– die Trennwände 7a, b die das Ölabscheideabteil 7 vom übrigen Behälterraum trennen,
– die mit einer Längsseite auf den Trennwänden 7a, b installierten Ölsammelbleche 9a, b,
– die Rohrleitungen 10a, b, die das unter den Ölsammelblechen gesammelte Öl, das durch eine, in der Zeichnung nicht dargestellte Öffnung in der jeweiligen Trennwand hindurchtritt, bis kurz unter die Flüssigkeitsoberfläche 13 in Ölabscheideabteil 7 leiten,
– das Wehr 8 und die daran anschließende Ablaufrohrleitung, durch die das aus dem Gaskondensat abgetrennte Öl aus dem Ölabscheideabteil 7 und aus der Vorrichtung 1 ausgeleitet wird,
– die Wehre 12a und 12b mit ihren angeschlossenen Ablaufrohrleitungen, über die das in der Vorrichtung von Öl und Teer gereinigte Gaskondensat aus der Vorrichtung und aus den Kondensataustrittsabteilen 11a und 11b ausgeleitet wird,
– die konusförmigen Böden 3c, 11c und 11d mit ihren Ablaufleitungen an ihren tiefsten Stellen zur Ausleitung von Teer.

Bei gegenüber der Atmosphäre abgeschlossener Ausgestaltung der Vorrichtung 1 kann über Einlassrohr 14 und Auslassrohr 15 ein Überlagerungsgas, beispielsweise Stickstoff, in die Vorrichtung eingeleitet und aus der Vorrichtung ausgeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: erfindungsgemäße Vorrichtung
2: Außenbehälter
3: Eingangsabteil
3a, b: Trennwände
3c: konischer Boden mit Auslaufrohrleitung
4: Koaleszenzmittelbehälter
4a, b: perforierter Behälterboden
5: Zulaufrohr
6a, b: Parallel- oder Wellplattenabscheider
7: Ölabscheideabteil
7a, b: Trennwände
8: Wehr mit Ablaufrohrleitung
9a, b: Ölsammelbleche
10a, b: Rohrleitungen
11a, b: Kondensataustrittsabteile
11c, d: konische Böden mit Auslaufrohrleitungen
12a, b: Wehre mit Ablaufleitungen
13: Flüssigkeitsoberfläche
14: Einlassrohr für Überlagerungsgas
15: Auslassrohr für Überlagerungsgas

Claims

Vorrichtung 1 zum mechanischen Abtrennen von Öl und Teer aus Gaskondensat umfassend einen zur Atmosphäre offenen oder geschlossenen Außenbehälter 2 mit rechteckigem Querschnitt, der vom Gaskondensat durchströmt wird und mit folgenden Merkmalen versehen ist: – ebene, senkrechte Trennwände 3a, 3b, ein Eingangsabteil 3 bildend zur Aufnahme des Koaleszenzmittelbehälters 4, konischer Abteilboden 3c mit Bodenauslauf an seiner tiefsten Stelle zur Ausleitung von herabgesunkenem Teer, – ein Zulaufrohr 5 zur Einleitung des zu reinigenden Gaskondensats in das Eingangsabteil 3 der Vorrichtung 1, – Koaleszenzmittelbehälter 4, im Eingangsabteil 3 über der Mündung des Zulaufrohrs 5, quer zur Langseite des Behälters 2, über die gesamte Breite des Behälters 2 angeordneter, rechteckiger Behälter, gefüllt mit metallurgischem Koks, dessen Wände an der Ober- und Unterseite 4a, 4b perforiert sind, sodass das Gaskondensat den Behälter 4 von unten nach oben durchströmen kann, – Parallel- oder Wellplattenabscheider 6a und 6b, jeweils links und rechts von Eingangsabteil 3 angeordnet, in Form eines rechteckigen, die gesamte Breite des Behälters 2 einnehmenden Kastens, wobei die Parallelplattenabscheider in einem Winkel von ca. 45° gegen die Waagerechte angeordnet sind, – ein Ölabscheideabteil 7 des Behälters 2, abgetrennt vom übrigen Behälterraum durch die Oberseiten 4b des Koaleszenzmittelbehälters und den Parallelplattenabscheidern 6a und 6b und senkrechter, direkt an die untere Auslassseite der Parallelplattenabscheider anschließender ebener Trennwände 7a und 7b, wobei das Ölabscheideabteil 7 nach oben, zur Atmosphäre, offen ist, wobei im oberen Teil des Abteils 7 ein Wehr 8 mit Ablaufleitung installiert ist, das den Flüssigkeitsstand im Abteil 7 definiert und über das das abgeschiedene Öl aus der Vorrichtung 1 ausgeleitet wird, – Kondensataustrittsabteile 11a und 11b, links und rechts von Eingangsabteil 3 angeordnet, durch die Trennwände 7a und 7b und die Parallelplattenabscheider 6a und 6b von Ölabscheideabteil 7, sowie durch die Trennwände 3a und 3b von Eingangsabteil 3 abgetrennt, wobei die untere Auslassseite der Parallelplattenabscheider 6a und 6b in diese Abteile münden, – wobei die Trennwände 7a und 7b mit jeweils einem Ölsammelblech 9a und 9b ausgestattet sind, wobei die Längskante der Bleche jeweils waagerecht über die gesamte Breite des Behälters 2 verläuft und die kurze Kante der Bleche nach unten schräg gestellt ist, damit aus dem Parallelplattenabscheider 6a bzw. 6b, an der Trennwand 7a bzw. 7b hochsteigendes Öl darunter gesammelt wird und eine oder mehrere Öffnungen in den Wänden 7a und 7b unterhalb der Auffangbleche, durch die das unter den Auffangblechen angesammelte Öl in Abteil 7 übertreten kann, – konusförmige Abteilböden 11c und 11d mit Auslässen an ihren tiefsten Stellen zur Ausleitung von Teer, im oberen Bereich der Abteile installierte Wehre 12a und 12b mit Ablaufleitungen, zur Definition des Flüssigkeitsstandes in diesen Abteilen und zur Ausleitung des von Öl und Teer gereinigten Kondensatwassers.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Öffnungen in den Trennwänden 7a und 7b Rohre 10a bzw. 10b angeschlossen sind, durch die das Öl nach oben abfließen kann, wobei die Mündung der Rohre bevorzugt 0,2 m unter der Höhe des Wehres 8 liegt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbehälter 2 gegen die Atmosphäre geschlossen ist und mit einem Einlassrohr 14 und einem Auslassrohr 15 versehen ist zur Ein- und Ausleitung eines Gasstroms zur Überlagerung des Außenbehälters 2 mit einem Gasstrom unter Überdruck von bevorzugt zwischen 30 und 60 mbar gegenüber der Atmosphäre.
Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3 zum mechanischen Abtrennen von Öl und Teer aus bei der Festbettdruckvergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe anfallendem Gaskondensat.