DE2504657C3 - Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe - Google Patents
Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der Vergasung fester BrennstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen *»
von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe unter erhöhtem Druck mit Wasserdampf und freien Sauerstoff
enthaltenden Gasen, wobei das Rohgas Staub und Kohlenwasserstoffe mit einem Teeranteil enthält, die
Vergasung mit einer Temperatur von 400 bis 700" C verläßt und anschließend mit Waschwasser bedüst wird.
Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 35 40 867 bekannt, wobei das Rohgas aus der Druckvergasung
von Kohle mit Sauerstoff und Wasserdampf und ggf. Kohlendioxid stammt Der Druck im Vergasungsreaktor
liegt dabei etwa im Bereich von 4 bis 150 bar und beträgt vorzugsweise 10 bis 80 bar. Durch das bekannte
Verfahren kann neben den verschiedenen Kohlesorten auch Torf vergast werden, wobei letzterer zweckmäßigerweise
in Form von Torfbriketts in den Gaserzeuger gegeben wird.
In der genannten Patentschrift wird auch beschrieben,
das heiße Rohgas aus der Druckvergasung durch einen Waschkühler zu führen, wo es mit erwärmtem
Wasser in direkten Kontakt gebracht wird. Das Wasser wird über eine normale Rohrleitung zugeführt, die
keinerlei Verteil- oder Sprüheinrichtungen enthält. Um das Wasser gleichmäßiger über den Schachtquerschnitt
des Waschkühlers zu verteilen, sind im Kühler dachförmige Einbauten angeordnet. Diese Einbauten
bewirken keine optimale Durchmischung von Wasser und Gas. Es wird somit nicht verhindert, daß
zumindest ein Teil des Wassers in Strähnen mit kleiner
50
55
W) Oberfläche durch das Rohgas hindurchfließt Die Reinigungswirkung im Waschkfihler ist deshalb oft nicht
ausreichend, insbesondere ist nicht immer gewährleistet,
daß das Gas bei der Austrittstemperatur aus dem Waschkühler wasserdampfgesättigt ist Im bekannten
Waschkühler wird ein TeU des im Rohgas mitgeführten Staubes nur unzureichend gekühlt Die damit verbundenen
höheren Temperaturen haben zur Fofge, daß diese Staubteilchen nicht als Kondensationskeime wirken
können. Das Rohgas verläßt deshalb diese Reinigungsstufe
nicht praktisch staubfrei, sondern mit einem Gehalt an Feststoffen von mindestens etwa
lOOOmg/NnA
In der US-PS 37 04 570 wird die Reinigung von Abgasen
beschrieben, die insbesondere aus metallurgischen Prozessen stammen. Die Abgase werden zum Reinigen
in einem Venturiwäscher mit erhitztem Wasser von mindestens 100° C bedüst, wobei das Gewicbtsverhältnis
von Gas zu Wasser im Bereich von 0,5 bis 2,5 liegt
Gemäß DE-AS 14 21318 erfolgt die Reinigung industrieller
Abgase in einem Waschturm mit Wasserbedüsung und in einem nachgeschalteten Ringspaliwascher.
der ebenfalls eine Wasserbedüsung besitzt Dabei werden bei einem Wasserbedarf für die Feinreinigung im
Ringspaltwascher von etwa 1 bis 61/Nm3 Gas Werte
des Reststaubgehalts im Reingas von mindestens 50 mg/ Nm3 erreicht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim eingangs genannten Verfahren das Rohgas so intensiv mit
Wasser zu waschen, daß der Feststoffgehalt im Reingas höchstens 10 mg/Nm3 beträgt und das Reingas den Anforderungen
für die Verwendung in Arbeitsmaschinen entspricht
Erfindungsgemäß wird dies durch die Verfahrensmerkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 erreicht
Dabei wird vermieden, daß gebrauchtes Waschwasser in eine Waschstufe direkt zurückgeführt wird, da
dadurch ein Teil des ausgewaschenen Staubes wieder in das Gas zurückgelangen kaiin. Dtr Feststoffgehalt im
Reingas kann so auch bis in den Bereich von I bis 6 mg/ Nm3 verringert werden.
Das fein zerteilte, in Form kleiner Tropfen in das Gas hinein verdüste Waschwasser verdampft zum Teil,
wodurch eine erwünschte Abkühlung erreicht wird. Dadurch wird das Rohgas auch schnell mit Wasserdampf
gesättigt Vorzugsweise wird das Waschwasser etwa senkrecht von oben in den Zyklonwäscher
eingedost Die radialen Kräfte der Rotationsströmung des Gases schleudern die Wassertröpfchen und die
davon benetzten und nicht benetzten Staubpartikel nach auß>:i zur Wand des Waschgefäßes, wo sie auf
einen Flüssigkeitsfilm treffen, der nach unten abläuft Das gleiche geschieht mit den Kohlenwasserstofftropfen. Gleichzeitig wird durch hohe Relativgeschwindigkeiten
zwischen Wassertropfen und Gasbestandteilen die Wahrscheinlichkeit der Staubbenetzung erhöht.
Falls erforderlich, kann in der unteren Hälfte des Zyklonwäschers zusätzliches Waschwassers eingedost
werden.
Der Gasdruck in den Waschstufen ist etwa der
gleiche wie im Gaserzeugungsreaktor und liegt bei 4 bis 150 bar, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 80 bar.
Bevorzugt wird als Waschwasser in der zweiten Waschstufe enthärtetes oder voll entsalztes Waschwasser
verwendet.
Enthält das Rohgas aus der Druckvergasung Schwefelverbindungen, so ist es aus Gründen des Umweltschutzes
unerläßlich, diese aus dem Gas auszuwaschen.
.ζ
ί-ΐ
ί-ΐ
Dies geschieht vorteilhafterweise nach der letzten
Waschstufe, es ist aber auch möglich, das Gas zwischen
den beiden Waschstufen zu entschwefeln. Man. wendet - hierzu ein an sich bekanntes Entschwefelungsverfahren
an. das z. B. mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumkar- s
bonat arbeitet Zu diesem Zweck muß das Gas durch
Wärmeaustausch auf 1301C oder noch darunter abgekühlt werden. Danach erfolgt die Entschwefelung
etwa bei dem Druck, den das Gas beim Verlassen der vorausgegangenen Waschstufe hatte. Das in der letzten >o
Waschstufe ausreichend staubfrei gewaschene und so von Schwefelverbindungen befreite Gas kann dann z. B.
unmittelbar in einen Kraftwerksprozeß eingeleitet werden. Es kann vorteilhaft sein, das entschwefelte Gas
vor der Energienutzung auf Temperaturen von 160 bis 1800C zu bringen und es dabei mit Wasserdampf zu
sättigen. Die Sättigungstemperatur sollte dabei nur so
hoch gewählt werden, daß das erzeugte feuchte Rohgas für die nachfolgende Verbrennung noch einen unteren
Heizwert von über 800 kcal/Nm3 besitzt »
Um den Energieinhait des oases, das z. B. für einen
KraftwerksprozeB bestimmt ist, noch zu erhöhen,
werden auskondensierte Kohlenwasserstoffe vorher möglichst wieder zugesetzt Dies kann einmal dadurch
geschehen, daß dem Waschwasser gereinigtes, teerhaltiges
Wasser aus den Waschstufen zugesetzt wird. Die Reinigung des Waschwassers und die Abscheidung des
Teeres erfolgen in bekannter Weise. Den Waschstufen können auch noch leicht flüchtige, flüssige Kohlenwasserstoffe
zugesetzt werden.
Einzelheiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung nachfolgend näher erläutert
Fig.2 einen Schnitt nach der Linie H-II durch den
Zykionwäscher der Fig. i,
Fig.3 ein Verfahrensschema für die Gasreinigung
mit Entschwefelung.
Im Verfahrensschema der Fig. 1 werden im Gaserzeuger
1 feste Brennstoffe, wie Kohle oder auch Torf, in bekannter Weise unter Druck vergast Der Druck im
Gaserzeuger liegt im Bereich von 4 bis 159 bar und vorzugsweise bei 10 bis 80 bar. Der Brennstoff wird
durch die Leitung 2 eingeschleust; die Vergasungsmittel, nämlich freien Sauerstoff enthaltende Gase und
Wasserdampf, werden durch die Leitungen 3 und 4 zugegeben. Das Produktgas verläßt den Gaserzeuger 1
durch die Leitung S. Es hat beim Einsatz einer Steinkohle als Brennstoff etwa folgende Zusammensetzung
(bei einem Betriebsdruck von 20 bar und Vergasung mit Luft und Wasserdampf):
55
H2 | 18bis25VoL-% |
CO | 14bis22VoL-% |
CO2 | llbU16VoL-<* |
CH4 | 3bis5VoL-% |
CnHm | 0,1 bis 0,4 Vol.-% im trockenen |
Gas | |
N2 | 36bis48Vol.-% |
Wasserdampf | 100 bis 400 g/Nm3 trockenes Gas |
Staub | 2 bis 12 g/Nm3 trockenes Gas |
Der Schwefel der eingesetzten Kohle liegt weitgehend
in Form von Schwefelwasserstoff vor. Der Volumenanteil der Schwefelverbindungen im Gas hängt
vom Schwefelgehait der Einsatzkohle ab und kann as
deshalb in weiten Grenzen variieren.
Im Zyklon wäscher 6 wird das 400 bis 700°C heiße
Rohgas aus der Leitung 5 intensiv mit Wasser aus einer Anzahl yon Düsen 7 besprüht Das Wasser hat eine
Temperatur von 160 bis 3000C, zumeist liegt die
Temperatur im Bereich von 160 bis 1800C Die Leitung 5 führt das Gas tangential zur zylindrischen Wand 6a des
Zyklonwäschers ein, vgL auch Fig.2, so daß sich im
Wäscher 6 eine rotierende Gasströmung ausbildet Der Druck im Gasaustritt des Wäschers liegt etwa 0,1 bis
03 bar unter dem Druck im Gaserzeuger.
Das Waschwasser für den Zyklonwäscher 6 ist praktisch staubfrei, um eine gute Reinigungswirkung zu
erzielen. Der Gehalt an Staub bzw. Feststoffen im
Waschwasser liegt vorzugsweise niedriger als 200 mg/L
Frisches Wasser aus der Leitung 8 wird in einen Druckerhitzer 9 geleitet zusammen mit gereinigtem,
teerhaltigem Wasser aus Leitung 10 von einem Teerscheider 11. Aus dem Druckerhitzer 9 wird das
Waschwasser unter einem Druck, de;- 2 bis 50 bar über
dem Druck im Wäscher 6 liegt in den Verteiler 12 gegeben, von wo es durch die Düsen 7 in den Wäscher
gesprüht wird. Die Anordnung der ~prühdüsen 7 im
Wäscher kann variieren. Es kann vorteilhaft sein, einen
Teil des Wassers bereits in die Leitung 5 einzudüsen. Wichtig ist eine gute Verteilung des Waschwassers über
den Wäscherquerschnitt Um die Kühlung und Sättigung des Rohgases noch zu verbessern, können auch in
der unteren Hälfte des Wäschers zusätzliche Düsen angeordnet sein, welche über die Leitung 13 mit
Waschwasser versorgt werden. Die Leitung 13 ist in diesem Fall mit dem Druckerhitzer 9 verbunden.
Das Gas verläßt den Zyklonwäscher 6 schon weitgehend frei von Staub und mit Wasserdampf
praktisch gesättigt durch die Leitung 14.
Staubhaltiges Waschwasser zusammen mit kondensiertem
Teer aus dem Rohgas werden in der Leitung 15 aus dem Wäscher abgezogen und in den Teerscheider
11 geleitet Infolge unterschiedlicher spezifischer Gewichte wird dort staubhaltiger Schwerteer vom
Waschwasser getrennt Der staubhaltige Schw^rteer wird vorzugsweise zurück in den Gaserzeuger 1 geführt
Das Wasser mit einem geringen restlichen Staubgehalt das zusätzlich noch Kohlenwasserstoffe enthält wird als
Waschwasser wieder verwendet und in der Leitung 10 abgezogen, um in den Waschprczeß zurückgeführt zu
werden. Bei hohem Staubauswurf aus dem Gaserzeuger kann es vorteilhaft sein, einen Teil des praktisch
staubfreien Teeres ebenfalls für die Wäsche zu nutzen und diesen Teer der Leitung 10 zuzugeben.
Das Gas in der Leitung 14 wird zu einem Radialstromwäscher 16 geführt, wo es erneut mit fein zerteiltem
Wasser von 160 bis 3000C, vorzugsweise 170 bis
2200C, gewaschen wird. Der in Fig. 1 nur schematisch
dargestellte Radialstrcmwäscher ist mit seinen Einzelheiter
ζ B. in der deutschen Auslegeschrift 22 24 519 oder im US-Patent 38 34 127 beschrieben. Er besitzt am
Kopf einen Stutzen ί8 zum Anschluß an die Leitung 14.
Das Gas strömt im Wäscher 16 nach unten durch die Mittelöffnung 19 einer ansonsten geschlossenen Zwischenplatte
20. Die Mittelöffnung 19 wird von unten nahezu durch einen Teller 21 verschlossen. Zwischen
der Mittelöffnung und dem Teller bleibt nur ein schmaler Ringspalt 22 frei. Die Einstellung der Breite des
Ringspaltes 22 geschieht durch Verstellen des Tellers in der Höhe mit Hilfe der Stange 23 und des Motors 24. Ein
glockenförmiges Leitblech 25 leitet das durch den Ringspalt 22 strömende, dahinter expandierende Gas zur
Wand 16a.
Das Gas wird ständig mit heißem Waschwasser aus der Leitung 17 und der Düse 26 besprüht Die
Temperstur liegt im selben Bereich wie beim Waschwasser, das im Wascher 6 versprüht wird. Da das Gas
aus der Leitung 14 zumindest weitgehend bereits mit Wasserdampf gesättigt ist, genügt es, durch die Düse 26
0,1 bis 031 Wasser pro Nm3 trockenes Gas zu
versprühen.
Bei der Expansion des mit Wasserdampf gesättigten, durch den Ringspalt 22 gepreßten Gases treten starke
Turbulenzen mit entsprechender Relativbewegung zwischen den Wassertröpfchen und den Staubpartikeln
auf. Dies begünstigt die Abscheidung des Staubes und der staubhaltigen Wasserströpfchen.
Das wasserdampfgesättigte Gas wird radial nach außen zur Wand 16a geleitet, wo sich ein Wasserfilm
ausbildet, der die mitgerissenen Staubpartikel festhält und sie zum Boden des Wäschers mitnimmt Das sich am
Boden des Wäschers sammelnde, Staub und auch kondensierten Teer enthaltende Waschwasser wird in
der Leitung 27 abgezogen und ebenfalls zum Teerscheider 11 geleitet.
Das nun praktisch staubfreie Gas strömt unter das Leitblech 25 (Pfeile 29) und verläßt den Wäscher durch
das Abzugsrohr 28 zur weiteren Verwendung.
Um den Heizwert des Reingases noch zu erhöhen, können diesem im Wäscher 16 noch niedrigsiedende
Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden.
Fig.3 zeigt das prinzipiell gleiche Verfahren wie
F i g. 1, deshalb haben entsprechende Einzelteile gleiche Bezugszahlen.
Das Verfahren gemäß Fig.3 eignet sich für die
Reinigung von Vergasungsgasen, die bei dem Einsatz schwefelhaltiger Brennstoffe erzeugt werdea Das Gas
muß deshalb vor der letzten Waschstufe, dem Radialstromwäscher 16, noch von Schwefelverbindungen
befreit werden. Dazu wird das den Zyklonwäscher 6 verlassende Gas im Abhitzekessel 30 so weit gekühlt,
wie das rar die nachfolgende Eriüehwciehiiig 3J nötig
ist Bei Anwendung einer an sich bekannten Heißpottaschewäsche wird das Gas im Abhitzekessel 20 auf
unter 130° C gekühlt und dann durch die Entschwefelung
31 geleitet Das im Abhitzekessel anfallende Kondensat wird durch die Leitung 32 ebenfalls dem Teerscheider 11
zugeführt Das Absorptionsmittel wird der Entschwefelung durch die Leitung 33 zugegeben und gebrauchtes
Absorptionsmittel durch die Leitung 34 wieder entfernt und einer nicht dargestellten Regenerierung zugeführt
Das ausreichend von Schwefelverbindungen befreite Gas wird in der Leitung 14 in den Radialstromwäscher
16 geleitet Es kann zweckmäßig sein, im Radialstromwäscher
16 etwa die gleiche oder eine höhere Waschwassertemperatur als im Wäscher 6 anzuwenden.
Es ist deshalb ein eigener Druckerhitzer 37 mit Frischwasserzufuhr 38 vorhanden. Vom Erhitzer 37
wird das Waschwasser über Leitung 17 dem Wäscher 16 zugeführt
Von den Betriebsbedingungen im Abhitzekessel 30 hängt es ab, wie weitgehend von Staub gereinigt das
Gas diesen Apparat verläßt Es kann deshalb vorteilhaft sein, bei höheren Staubgehalten als lCmg/Nm3 den
Radialstromwäscher vor der Entschwefelungseinrichtung anzuordnen. Die Aufsättigung des Gases nach der
Entschwefelungsstufe mit Wasserdampf kann durch einen einfachen Sättiger ohne oder mit Einbauten vorgenommen
werden. __ _ _
Beispiel !..._.
In einem Verfahren nach Fig. 1 werden in einem bekannten Gaserzeuger pro Stunde etwa 100 000 Nm3
CO2 | 13,2 VoL-% |
co | 183 VoL-"* |
H2 | 243 Vol.-"* |
CH4 | 4,2 Vol.-«* |
N2 | 39.6 Vol.-"* |
CbH m | 02 Vol.-"* |
Dieses Rohgas verläßt den Gaserzeuger 1 mit einer Temperatur von 600" C Es wird im Zyklonwäscher 6, in
welchem ein Druck von 193 bar herrscht, mit 1 1 Wasser
pro Nm3 Rohgas besprüht, die Wassertemperatur beträgt 16O0C Das mit Wasserdampf gesättigte Gas
verläßt den Wäscher 6 mit einer Temperatur von ca. 170"C; der Staubgehalt des Gases ist dabei noch
550 mg/Nm3.
Im Radialstromwäscher 16 wird dieses Gas mit OJ? I
Wasser pro Nm3 Gas besprüht; die Temperatur des Waschwassers beträgt ca. 1700C, im Eintrittsbereich des
Gases in den Wäscher herrscht ein Druck von 19,7 bar.
Das Gas-Wasser-Gemisch wird durch einen Ringspalt 22 hindurchgeleitet wobei ein Druckverlust von ca.
0,5 bav eingestellt wird Das gereinigte Gas für die Weiterverwendung hat einen restlichen Staubgehalt
von 5 mg pro Nm3. Das Gas steht mit Wasserdampf gesättigt mit einer Temperatur von 170°C und einem
Druck von ca. 19,0 bar zur Verfügung.
In einer Verfahrensvariante nach F i g. 3 wird unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 eine höher
e^ktjuAfAlkal»t(*A I^qKIa y£j>4»£·· ttirtK^i /iac Dnhirae *!Π£Ώ
Gehalt an Schwefelverbindungen von ca. 0,4 Vol.·"* hat
Die Wäsche dieses Gases im Zyklonwäscher 6 erfolgt ebenfalls in der bereits im Beispiel 1 beschriebenen
Weise. Nach dem Wäscher 6 wird das Gas zur Entschwefelung zunächst im Abhitzekessel 30 auf 1200C
gekühlt und dann in der Entschwefelungsstufe 31 unter einem Druck von ca. 193 bar mit einer wäßrigen
K2CO3-Losung behandelt Dabei wird der Gehalt an
Schwefelverbindungen im Gas auf ca. 300 ppm gesenkt Die Regenerierung der K2COa-LaUgC erfolgt in
bekannter Weise durch Entspannen und Erhitzen. Das praktisch schwefelfreie Gas wird im Radialstromwäscher
unter den Bedingungen des Beispiels 1 weiterbehandelt
trockenes Rohgas unter einem Druck von 20 bar erzeugt Als Vergasungsmittel werden etwa 50 000 Nm3
Luft pro Stunde mit einem Wasserdampfeusatz von ca.
0,7 kg pro Nm3 Luft in den Gassrzeuger eingeführt Das
erzeugte Rohgas hat folgende Zusammensetzung (trocken gerechnet):
Claims (4)
1. Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der
Vergasung fester Brennstoffe unter erhöhtem Druck mit Wasserdampf und freien Sauerstoff enthalten- s
den Gasen, wobei das Rohgas Staub und Kohlenwasserstoffe mit einem Teeranteil enthält, die Vergasung
mit einer Temperatur von 400 bis 700° C verläßt und anschließend mit Waschwasser bedOst wird,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohgas in eine erste, als Zyklonwäsche ausgebildete
Waschstufe tangential zur zylindrischen Innenwand einleitet, mit Waschwasser intensiv bedüst, auf eine
Temperatur von 0 bis 20" C über der Temperatur des Waschwassers abkühlt und mit Wasserdampf praktisch
sättigt, das Gas in einer zweiten Waschstufe mit Waschwasser in einer Menge von 0,1 bis 031/Nm3
trockenes Gas bedüst und von einer zentralen Öffnung in einem Ringspalt radial nach außen führt,
wobei in beiden Stufen das Waschwasser höchstens » 2ÖÖ mg/i t-eststotte enthält und eine Temperatur von
160 bis 3000C aufweist und die Gesamtmenge des beiden Waschstufen aufgegebenen Waschwassers
0,5 bis 6I/Nm3 Rohgas beträgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- «
zeichnet, daß der Gasdruck <K.den Waschstufen 4 bis
150 bar, vorzugsweise 10 bis 80 bar, beträgt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschwasser in der zweiten
Waschstufe enthärtetes oder voll entsalztes Wasch- M wasser verw endet wird.
4. Verfahren nach Anspnrjh 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas zwischen den beiden Wasch?-jfen oder nach der
zweiten Waschstufe entschwefelt wird. M
Priority Applications (9)
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