DE4012145A1 - Verfahren zur fraktionierenden vorkuehlung von kokerei-rohgas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fraktionierenden Vorkühlung von zuvor in der Vorlage direkt gekühltem Kokerei-Rohgas in mehreren, vorzugsweise zwei, hintereinander geschalteten Kühlern.

Bei der Verkokung von Steinkohle fallen abhängig von den Betriebsbedingungen und der Art der Einsatzkohle je Tonne Einsatzgut zwischen 300 und über 400 m³ Rohgas an. Dieses Rohgas enthält eine breite Palette von Inhaltsstoffen, deren wichtigste Teer, Phenole, Pyridinbasen, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Cyanwasserstoff, Wasserdampf, Naphthalin und Benzol sind. Das Gas gelangt mit einer Temperatur von über 800°C in die Vorlage, in der es von einem Kreislaufwasser aus dem Teerscheider bis zur Wasserdampfsättigung durch direktes Besprühen gekühlt wird. Danach gelangt es zur Vorkühlung, in der es normalerweise indirekt, aber auch in einigen Ländern direkt, bis auf Umgebungstemperatur weitergekühlt wird. Der bei der indirekten Kühlung weltweit allein angewandte Weg der Gasführung ist der, daß das Gas im Gleichstrom mit seinen bei der Kühlung anfallenden Kondensaten von oben nach unten durch den Kühler strömt.

Diese Fahrweise wird deshalb als notwendig erachtet, weil dabei der noch im Gas enthaltene Teer das bei der Abkühlung des Rohgases als Feststoff sich abscheidende Naphthalin mit aufnehmen und somit aus dem Gas entfernen kann, wodurch Verstop­ fungen im Vorkühler vermieden werden. Auf die Notwendigkeit einer solchen Gasführung wird auch im "Handbuch des Kokereiwesens", Band 2, Seite 38 von Otto Grosskinsky hingewiesen, wo es heißt: "Bei der Kühlung ist die Einhaltung des Gegenstromprinzips - hier sind Gas und Kühlwasser gemeint - dringend notwendig, wobei das Gas von oben nach unten strömen muß. Wenn das Gas im Kühler von unten nach oben geführt würde, dann würden die im Kühler kondensierenden Bestandteile beim Ablauf nach unten von dem hier noch wärmeren Gas zum Teil wieder verdampft. Hierdurch würde im Gas eine Anreicherung an Naphthalin erfolgen, das in den nachfolgenden Kühlern bei seiner Ausscheidung zu Verstopfungen führen könnte, weil es an lösenden Teerkondensaten fehlt, die bereits im ersten Kühler weitgehend ausgeschieden wurden."

Bei der heute üblichen Fahrweise der sogenannten Sturzkühlung wird das Gas in parallel geschalteten Kühlern von ca. 80°C auf Umgebungstemperatur in einem einzigen Arbeitsgang herun­ gekühlt.

Es ist auch noch die Fahrweise bekannt und wird auch noch verschiedentlich angewandt, bei der Kühler hintereinander geschaltet sind, d. h. daß das Gas in mehreren separaten Kühlern auf Umgebungstemperatur herabgekühlt wird. In all diesen Fällen wird aber die Verfahrensweise eingehalten, bei der Gas von oben nach unten durch die Kühler strömt. Bei der heute üblichen Sturzkühlung wird der Kühler häufig mit einem Gemisch aus Teer und Wasser aus dem Teerscheider zur Aufnahme des anfallenden Naphthalins berieselt.

Das sich bei der Vorkühlung abscheidende Kondensat, bestehend zum einen aus Kohlenfeuchte und Bildungswasser, zum anderen aus dem in der Vorlage verdampften Wasser, nimmt bei seinem Ablauf durch den Vorkühler und während seiner Abkühlung entsprechend seinem Gleichgewicht lösliche anorganische und auch organische Stoffe auf. Da dieses Kondensat mit anorganischen Inhaltsstoffen hochbeladen ist, kann es nicht mehr in der Gas­ wäsche zur Aufnahme von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff genutzt werden und man gibt es daher üblicherweise in den Vorlagenkreislauf, in dem es aufgrund seiner Aufheizung auf ca. 70 bis 80°C den größten Teil seiner Inhaltsstoffe wieder an das Gas zurückgibt.

Das wirkt sich auf die Konzentration des Ammoniaks im Vorlagenkreislauf aus, die auf Werte von bis zu 4 g/l steigt. Wird nun das Überschußwasser, bestehend aus Kohlenfeuchte und Bildungswasser, aus dem Vorlagenkreislauf entnommen, so enthält es zwar im Vergleich zu den Vorkühlerkondensaten relativ geringe Mengen an Inhaltsstoffen, jedoch sind die Konzentrationen an Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd sowie Cyanwasserstoff so hoch, daß es sich für einen Einsatz in der Ammoniak- bzw. Schwefelwasserstoffwäsche im Koksofengas nicht mehr besonders gut eignet. Ebenso ist sein Einsatz in einer Umkehr-Osmose-Anlage ohne vorherige Behandlung in einem Stripper wegen der vergleichsweise hohen Konzentration an anorganischen Inhaltsstoffen ungünstig.

Hier nun setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Kokereiüberschußwasser zu gewinnen, das möglichst wenig mit Inhaltsstoffen belastet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Erfindungsgemäß wird das Kokerei-Rohgas, das von der Vorlage kommt, in mehreren, vorzugsweise zwei, hintereinander geschalteten Kühlern gekühlt, wobei das Gas in einer ersten Kühlstufe von unten nach oben strömend direkt oder indirekt gekühlt auf die Kühltemperatur dabei so geregelt wird, daß das aus dieser ersten Kühlstufe austretende Gas die Sättigungstemperatur des Naphthalins im Rohgas nicht unterschreitet. Die nachfolgende weitere Kühlung, bei der die Naphthalin-Sättigungstemperatur unterschritten wird, erfolgt in einer zweiten Kühlstufe indi­ rekt mit Gasführung von oben nach unten und Teer- oder Teer/ Wasser-Gemisch-Berieselung zur Aufnahme des Naphthalins.

Die erste Kühlstufe kann auch aus mehreren hintereinander geschalteten Kühlern bestehen, jedoch ist es günstig, in diesem Falle das Kondensat der einzelnen Kühler jeweils auf den Kopf des vorhergehenden Kühlers aufzubringen, um zu gewährleisten, daß insgesamt ein Kondensat erhalten wird, das mit dem eintretenden Gas von ca. 80°C möglichst weitgehend im Gleichgewicht steht.

Auch die nachfolgende Kühlung in der zweiten Kühlstufe kann in mehreren hintereinander geschalteten Kühlern erfolgen.

In der ersten Kühlstufe wird der Wasserdampf entsprechend den bei der erreichten Kühltemperatur sich einstellenden Dampfdrücken auskondensiert. Dabei nimmt das sich bildende Kondensat mit abnehmender Temperatur steigende Mengen an flüchtigen Inhaltsstoffen aus dem Gas auf. Das gebildete Kondensat strömt im Kühler dem aufsteigenden Gas entgegen, wird von diesem wieder aufgeheizt und gibt dabei auch einen Teil seiner im kälteren Bereich aufgenommenen flüchtigen Inhaltsstoffe wieder an das Gas ab. Insofern hat der Vorkühler hier eine Dephlegmatorwirkung, wobei die ablaufende Flüssigkeit abgereichert wird, während das Gas die entsprechenden flüchtigen Inhaltsstoffe aufnimmt.

Da die Naphthalin-Sättigungstemperatur im Bereich zwischen 40 und 50°C liegt, kann die erste Kühlstufe bis herunter auf etwa 50°C betrieben werden, wobei ca. 6/7 des Gesamtkondensates aus dem Rohgas in der ersten Kühlung auskondensiert werden. Nur 1/7 des im Rohgas vorhandenen Wasserdampfes kondensiert als mit Inhaltsstoffen relativ stark belastetes Kondensat in der zweiten Kühlstufe aus.

Das Überschußwasser der Kokerei aus Kohlenfeuchte und Bildungswasser, das etwa die Hälfte der in den Vorkühlern auskon­ densierenden Kondensate ausmacht, kann nun als Kondensat des ersten Kühlers entnommen und verarbeitet werden. Das restliche Kondensat der ersten Kühlstufe sowie das Kondensat der zweiten Kühlstufe können in den Vorlagenkreislauf bzw. Teerscheider zurückgegeben werden.

Durch diese Fahrweise wird insgesamt nur ein sehr geringer Betrag an Inhaltsstoffen, vor allen Dingen Ammoniak, in den Vorlagenkreislauf und damit auch in das Rohgas vor den Vorkühlern zurückgegeben. Daraus ergibt sich, daß das Kondensat, das mit dem heißen Rohgas im Gleichgewicht steht, ebenfalls nur geringe Mengen an Inhaltsstoffen behält.

Wenn man gemäß Anspruch 2 in das Rohgas zwischen Vorlage und Vorkühler einen Elektrofilter schaltet, kann man in der ersten Kühlstufe ein Kondensat erhalten, das nur mit Spuren von teerigen Bestandteilen belastet ist und nicht mehr einer Teerscheidung unterzogen werden muß.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Kühlung im ersten Kühle ohne Teerabscheider oder -beaufschlagung erfolgt, so daß die benötigte Kühlfläche in diesem Bereich auf unter die Hälfte ihres Wertes bei konventioneller Kühlung sinkt.

Nach Anspruch 3 wird das aus der Kohlenfeuchte und dem Bildungswasser anfallende Überschußwasser als Kondensat aus der ersten Stufe der Vorkühlung abgezogen und nach Anspruch 4 wird das die Überschußmenge überschreitende Kondensat der ersten Kühlstufe in den Vorlagenkreislauf zurückgeführt, damit der Vorlagenkreislauf nicht an Wasser verarmt. Um dabei eine Anreicherung des Vorlagenkreislaufes mit fixen Salzen zu vermeiden, kann man gemäß Anspruch 5 einen Teil oder das gesamte Überschußwasser aus dem Vorlagenkreislauf abziehen und damit den Salzgehalt des Vorlagenkreislaufwassers in den gewünschten Grenzen halten.

Bei der Vorgehensweise gemäß Anspruch 6 ergibt sich der Vorteil, daß man auf der einen Seite die fixen Salze getrennt gewinnen kann, auf der anderen Seite ein von fixen Salzen freies Überschußwasser mit einer extrem niedrigen Belastung auch an flüchtigen anorganischen Inhaltsstoffen wie Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff erhält, das sehr günstig entsorgt oder, z. B. gemäß Anspruch 7, in einer Umkehr- Osmone zu Brauchwasserqualität aufbereitet werden kann, ohne zuvor in einem Stripper behandelt werden zu müssen.

Das Verfahren gemäß Anspruch 8 zeigt eine Möglichkeit der weiteren Verwendung des Kondensates der 2. Kühlstufe auf, die einer Verarmung des Vorlagenkreislaufes an Wasser vorbeugt.

Bei Zwischenschaltung des Verfahrensschrittes gemäß Anspruch 11 wird der in den Vorlagenkreislauf zurückgebrachte Anteil an flüchtigen Inhaltsstoffen des Kondensates weiter verringert.

Bei Vorgehen gemäß Anspruch 9 wird der hohe Gehalt des Kondensates der 2. Kühlstufe an flüchtigen Inhaltsstoffen genutzt.

Bei Einsatz des Kondensates der ersten Kühlstufe in der Gaswäsche gemäß Anspruch 10 macht man sich den extrem niedrigen Gehalt an flüchtigen Inhaltsstoffen zunutze. Bei der konventionell üblichen Fahrweise hat das Kohlewasser eine so hohe Belastung an gelösten Inhaltsstoffen, daß durch seine Aufgabe in der Wäsche wenig oder gar keine Einsparung von Waschwasser erreicht werden kann.

Die aus der ersten Stufe der Kühlung ablaufenden Kondensate stehen mit ihren flüchtigen Inhaltsstoffen nicht vollständig im Gleichgewicht mit dem von unten einströmenden Gas; daher ist eine kurze Austauscherstufe im Gasweg vor dem Eintritt in die Vorkühlung gemäß Anspruch 12 sehr empfehlenswert. Diese könnte unterhalb des ersten Kühlers installiert sein. Es ist aber auch denkbar, in den Gasweg vor der Vorkühlung einen eigenen Stoffaustauscher zu schalten, der mit dem aus der Küh­ lung abfließenden Kondensat beaufschlagt wird.

Die Gegenstromfahrweise des Kühlwassers im ersten Kühler gemäß Anspruch 13 hat neben den bekannten Vorteilen auch den Vorzug, daß die Gleichgewichtseinstellung zwischen ablaufendem Kondensat und eintretendem heißen Rohgas verbessert wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise näher beschrieben.

Die Figur stellt schematisch den Gasweg von den Öfen bis hinter der Vorkühlung sowie den Weg der Kondensate und Umlauflösungen in diesem Bereich dar.

Aus den Öfen (1) einer Kokerei strömen stündlich 70 000 m³ Rohgas in die Vorlage (2), in der das Gas mit Kreislaufwasser aus dem Teerscheider (3) über Leitung (4) auf ca. 80°C abgekühlt wird. Von hier aus gelangt das Gas mit einem Wassergehalt von 712,5 g/m³ i. N. sowie einem Ammoniak- und Schwefelwasserstoffgehalt von je 7 g/m³ i. N. über die Leitungen (5) und (6) in den Elektrofilter (7), während das nicht verdampfte Kreislaufwasser und der auskondensierte Teer über die Leitungen (5) und (8) in den Teerscheider (3) ablaufen. Im Elektrofilter werden die nicht gasförmigen Bestandteile wie Teer- und Wassertropfen abgeschieden. Das vom Elektrofilter ablaufende Teer/Wasser-Gemisch gelangt über die Leitung (9) in den Teerscheider (3).

Das Gas wird nun über Leitung (10) in den Stoffaustauscher (11) und anschließend über die Leitung (12) von unten in den Kühler (13) geleitet, in dem es indirekt durch Kühlwasser im Gegenstrom auf 50°C gekühlt wird. Über Leitung (14) gelangt es anschließend in den Kühler (15), den es nach indirekter Abkühlung auf 23°C über Leitung (16) mit einem Gehalt von 6,4 g/m³ i. N. NH₃ und 6,9 g/m³ i. N. H₂S verläßt.

Um Verstopfungen durch Naphthalin zu vermeiden, wird der Küh­ ler (15) mit einem Teer/Wasser-Gemisch aus dem Teerscheider (3) über Leitung (17) berieselt. In diesem Kühler werden 6,2 m³ Kondensat abgeschieden, die zusammen mit dem aufgegebenen Teer/Wasser-Gemisch durch Leitung (18) zurück in den Teerscheider geführt werden.

Im Kühler (13) werden 42 m³ Kondensat mit einem Gehalt von 2,5 g Ammoniak und 0,6 g Schwefelwasserstoff pro l abgeschieden. Diese werden über Leitung (19) auf den Stoffaustauscher (1) gegeben, in dem sie von dem entgegenströmenden heißen Rohgas auf einen Gehalt von 1,5 g NH₃ und 0,3 g H₂S pro l gebracht werden. Das so behandelte Kondensat läuft über die Leitung (20) aus dem Stoffaustauscher (11) ab.

Der Kondensatstrom wird geteilt und 17 m³/h werden zur Ergänzung der Verdampfungsverluste über die Leitung (21) zurück in den Teerscheider (3) geführt, während 25 m³/h als schwach belastete Überschußwasser über Leitung (22) aus dem System entfernt werden. Zur Entfernung der fixen Salze aus dem Vorlagenkreislauf werden stündlich 2 m³ Vorlagenkreislauflösung über Leitung (23) aus dem System entfernt.

Bezugszeichenliste

 (1) Koksöfen
 (2) Vorlage
 (3) Teerscheider
 (4) Kreislaufwasser
 (5), (6) Rohgas
 (7) Elektrofilter
 (8) Kondensat und Kreislaufwasser
 (9), (17) Teer/Wasser-Gemisch
(10), (12), (14), (16) Gas
(11) Stoffaustauscher
(13), (15) Kühler
(18), (19), (20), (21) Kondensat
(22) schwach belastetes Überschußwasser
(23) Vorlagenkreislauflösung

Claims (12)

1. Verfahren zur fraktionierenden Vorkühlung von zuvor in der Vorlage direkt gekühltem Kokerei-Rohgas in mehreren, vorzugsweise zwei, hintereinander geschalteten Kühlern, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einer ersten Kühlstufe von unten nach oben strömend direkt oder indirekt gekühlt und die Kühltemperatur dabei so geregelt wird, daß das aus dieser ersten Kühlstufe austretende Gas die Sättigungstemperatur des Naphthalins im Rohgas nicht unterschreitet, und daß die nachfolgende weitere Kühlung, bei der die Naphthalin-Sättigungstemperatur unterschritten wird, in einer zweiten Kühlstufe indirekt mit der Gasführung von oben nach unten und Teer- oder Teer-Wasser-Gemisch-Berieselung zur Aufnahme des Naphthalins erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den ersten Kühler ein Elektrofilter geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Kohlefeuchte und dem Bildungswasser anfallende Überschußwasser als Kondensat aus der ersten Stufe der Vorkühlung abgezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Überschußmenge überschrei­ tende Kondensat der ersten Kühlstufe in den Vorlagenkreislauf zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensate der Vorkühlung in dem Maße in den Vorlagenkreislauf gegeben werden, daß ein Teil oder alles Überschußwasser aus dem Vorlagenkreislauf abgezogen werden muß.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorlagenkreislauf die fixen Salze gemäß Patentschrift P 34 23 798 angereichert werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im ersten Kühler gewonnene Kondensat ohne vorherige Behandlung in einem Stripper ganz oder teilweise - gegebenenfalls nach einer Kühlung und/oder mechanischen Reinigung - einer Umkehr- Osmose-Anlage zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der zweiten Kühlstufe in den Vorlagenkreislauf geführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der zweiten Kühlstufe nach einer Teerabscheidung einem Abtreiber oder Entsäurer zugeführt wird.

10. Verfahren anch einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der ersten Kühlstufe ganz oder teilweise gekühlt und anschließend der Gaswäsche zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat der zweiten Kühlstufe auf den Kopf der ersten Kühlstufe gebracht wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasweg vor der ersten Kühlstufe ein Stoffaustauscher installiert ist, in dem das aus der Kühlung ablaufende Kondensat mit dem entgegenkommenden heißen Gas in Austausch gebracht wird.