EP0084343A1 - Quench für eine Kohlevergasungsanlage - Google Patents

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EP0084343A1
EP0084343A1 EP83100186A EP83100186A EP0084343A1 EP 0084343 A1 EP0084343 A1 EP 0084343A1 EP 83100186 A EP83100186 A EP 83100186A EP 83100186 A EP83100186 A EP 83100186A EP 0084343 A1 EP0084343 A1 EP 0084343A1
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EP
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gas
quench
coal gasification
quenching
gasification plant
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EP83100186A
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Rainer Dr. Ing. Dürrfeld
Meinolf Dipl.-Ing. Trondt
Volkmar Dipl.-Ing. Schmidt
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RAG AG
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Ruhrkohle AG
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    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam

Definitions

  • the invention relates to a quench for a coal gasification plant with a downward dust reactor acting against a water bath.
  • a coal gasification plant is known from DE-AS 26 50 512.
  • the known coal gasification device consists of a vertical reactor with a radiation boiler arranged underneath and a lateral branch into a convection boiler. The water bath is located in the base of the radiation boiler.
  • synthesis gas from coal, water vapor and oxygen is generated in the reactor.
  • the coal is fed in the form of coal dust, which is introduced into the reactor from above under appropriate pressure, so that a downward cloud of flying dust is formed in the reactor.
  • the individual coal dust particles are converted into a gas mixture consisting of CO and H 2 in the flight dust cloud at temperatures between 1300 and 1500 ° C. and a pressure of about 40 bar in the presence of the other gasifying agents.
  • the synthesis gas emerging from the reactor is cooled to a temperature at which the flyable liquid slag droplets of the synthesis gas pass into solid slag granules. This happens on the way of the synthesis gas from the reactor through the radiation boiler against the water bath. At the water bath, the solidified slag droplets are separated from the gas stream by diverting it. According to DE-AS 26 50 512, it is known to spray coolant into the gas stream emerging from the reactor. Spray pipes are to be used for this purpose, which are arranged directly under the outlet of the reactor and surround the escaping gas stream in a ring.
  • This form of quenching is particularly advantageous when the synthesis gas is to be subjected to a subsequent co-conversion.
  • a CO conversion of the synthesis gas is required, for example, for the production of methanol, because the raw gas still contains too much CO and too little H 2 for the production of methanol.
  • part of the CO is consequently converted to hydrogen using a sulfur resist catalyst after the water gas reaction, the same amount of e0 2 being formed.
  • the excess C0 2 is then washed out.
  • the sulfur compounds can also be removed from the gas.
  • the gas treated in this way is optionally introduced into the methanol synthesis after compression to the required pressure, where methanol is produced in the recycle process.
  • the invention has for its object to avoid caking when quenching synthesis gas from fly dust reactors and thereby minimize the use of water for a subsequent CO conversion.
  • this is achieved in that the hot raw gas emerging from the reactor through the injection is first cooled by water to a temperature level which is on the one hand below the softening of the slag and on the other hand above the thawing temperature of the raw gas. This temperature is determined by the amount of water injected and should be between 720 and 680 ° C. According to the invention, the required final conditions for the conversion (gas saturated at 210 ° C.) are then set in a second quenching stage.
  • complete evaporation of the injected water is achieved by a droplet size ⁇ 700 ⁇ m and a gas velocity that is, 0.1 m / sec in the area of the first quench.
  • An optimum is 3 to 4 nozzles which evenly distribute the gas stream to be discharged from the reactor.
  • the gas temperature T 1 depends on the cooling that has already taken place, but in any case T 1 > 700 ° C.
  • the second quench stage following the first quench stage can be of any type.

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Abstract

Nach der Erfindung werden Betriebsstörungen beim Quenchen von Rohgas aus einer Kohlevergasungsanlage mit einem nach unten gegen ein Wasserbad wirkenden Flugstaubreaktor durch zweistufiges Quenchen verhindert. In der ersten Stufe wird dabei das Rohgas auf ein Temperaturniveau unterhalb der Schlackeerweichung und oberhalb der Tautemperatur des Rohgases abgekühlt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Quench für eine Kohlevergasungsanlage mit einem nach unten gegen ein Wasserbad wirkenden Flugstaubreaktor. Aus der DE-AS 26 50 512 ist eine derartige Kohlevergasungsanlage bekannt. Im einzelnen besteht die bekannte Kohlevergasungsvorrichtung aus einem senkrecht stehenden Reaktor mit darunter angeordnetem Strahlungskessel und seitlicher Abzweigung in einen Konvektionskessel. Das Wasserbad befindet sich im Fuß des Strahlungskessels. Im Betriebsfall wird in dem Reaktor Synthesegas aus Kohle, Wasserdampf und Sauerstoff erzeugt. Die Kohle wird in Form von Kohlenstaub zugeführt, der von oben unter entsprechendem Druck in den Reaktor eingetragen wird, so daß eine nach unten gerichtete Flugstaubwolke im Reaktor entsteht. Die einzelnen Kohlenstaubpartikel werden in der Flugstaubwolke bei Temperaturenzwischen 1300 und 1500 °C und einem etwa 40 bar betragenden Druck unter Anwesenheit der übrigen Vergasungsmittel zu einem aus CO und H2 bestehenden Gasgemisch konvertiert.
  • Das aus dem Reaktor austretende Synthesegas wird auf eine Temperatur abgekühlt,bei der die flugfähigen flüssigen Schlacketröpfchen des Synthesegases in feste Schlackekörner übergehen. Das geschieht auf dem Wege des Synthesegases aus dem Reaktor durch den Strahlungskessel hindurch gegen das Wasserbad. An dem Wasserbad werden die erstarrten Schlakkentröpfchen durch Umleiten des Gasstromes von diesem getrennt. Nach der DE-AS 26 50 512 ist es bekannt, Kühlmittel in den aus dem Reaktor austretenden Gasstrom einzusprühen. Dazu sollen Sprührohre Anwendung finden, die unmittelbar unter dem Austritt des Reaktors angeordnet sind und den austretenden Gasstrom ringförmig umschließen.
  • Diese Form der Quenchung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Synthesegas einer nachfolgenden Co- Konvertierung unterzogen werden soll. Eine CO-Konvertierung des Synthesegases wird beispielsweise zur Methanolherstellung erforderlich, weil das Rohgas noch zuviel CO und zuwenig H2 für die Methanolherstellung enthält.
  • In der nachfolgenden CO-Konvertierung wird infolgedessen unter Einsatz eines Schwefelresisten-Katalysators nach der Wassergasreaktion ein Teil des CO zu Wasserstoff konvertiert, wobei die gleiche Menge an e02 entsteht. Das überschüssige C02 wird dann anschließend ausgewaschen. Mit dieser Wäsche lassen sich zugleich die Schwefelverbindungen aus dem Gas entfernen. Das so behandelte Gas wird ggfs. nach einer Kompression auf den erforderlichen Druck in die Methanolsynthese gegeben, wo im Kreislaufverfahren Methanol entsteht.
  • Aus prozeßökonomischen Gründen ist man bei einer Quenchung für nachfolgende Konvertierung bemüht, daß durch die Abkühlung des Gases im Quenchbehälter gerade die zur Durchführung der CO-Konvertierung erforderliche Wassermenge verdampft und vom Gas aufgenommen wird. In der Praxis wird mit einem erheblichen Wasserüberschuß gearbeitet, um den gewünschten Sättigungsgrad im Gas herzustellen. Dabei zeigen sich sehr häufig Anbackungen. Das gilt insbesondere dann, wenn der mitgerissene Staubanteil im Rohgas hoch ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anbackungen beim Quenchen von Synthesegas aus Flugstaub-Reaktoren zu vermeiden und dabei den Wassereinsatz für eine nachfolgende CO-Konvertierung zu minimieren.
  • Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß das aus dem Reaktor austretende heiße Rohgas durch die Eindüsung von Wasser zunächst auf ein Temperaturniveau abgekühlt wird, das einerseits unterhalb der Schlackeerweichung und andererseits oberhalb der Tautemperatur des Rohgases liegt. Diese Temperatur wird durch die Menge des eingedüsten Wassers festgelegt und soll zwischen 720 und 680 °C betragen. Nach der Erfindung werden anschließend in einer zweiten Quenchstufe die erforderten Endbedingungen für die Konvertierung (bei 210 °C gesättigtes Gas) eingestellt.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung wird eine vollständige Verdampfung des eingedüsten Wassers durch eine Tröpfchengröße ≤ 700 µm und eine Gasgeschwindigkeit erreicht, die ≤ O,1 m/sec im Bereich der ersten Quenchung ist.
    • Beispiel:
  • Figure imgb0001
  • Wasserbedarf für Eindüsung :
    • Abkühlung des Rohgases von 1400 °C auf 70U °C:
      Figure imgb0002
    • Wärmebedarf für Erwärmung, Verdampfung und Oberhitzung des eingedüsten Wassers (100 °C):
      Figure imgb0003
    • Einzudüsende Wassermenge:
      Figure imgb0004
    • Gasvolumen Austritt Strahlungskühler:
      Figure imgb0005
      feucht
    • Wasserdampfpartialdruck: 15,0 bar
    • Taupunkttemperatur: 200 °C
  • Tropfengröße:
    • Für die Eindüsung kommen Druckdrüsen in Frage, mit denen abhängig vom Vordruck und Bohrungsdurchmesser Tropfengrößen ≤ 700 µ erreicht werden, z.B.
      Figure imgb0006
      Der Einsatz mehrerer Düsen bietet den Vorteil hönerer Flexibilität, da bei Teillast eine entsprechende Zahl von Düsen abgeschaltet werden kann.
  • Ein Optimum liegt bei 3 bis 4 Düsen, die gleichmäßig verteilt den aus dem Reaktor auszutretenden Gasstrom umgeben.
  • Verdampfungszeit:
    • Fur die Verdampfung eines kugelförmigen Wassertropfens in einem heißen Gas gilt
      Figure imgb0007
  • Bei geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen Tropfen und Gas (Re«1), das heißt unter ungünstigen Bedingungen ist
    Figure imgb0008
    Für die Gasphase um den Tropfen gilt
    Figure imgb0009
    mit
    • T1 = Temperatur Gas
    • T2 = Temperatur Tropfen
  • Die Gastemperatur T1 ist abhängig von der bereits erfolgten Abkühlung, in jedem Fall ist aber T1>700°C.
  • Die Verdampfung des Tropfens erfolgt abhängig von der bereits eingedüsten und verdampften Wassermenge bei T2<100°C.
  • Aus(Z) und (3) folgt für die.an den Wassertropfen je Zeit - einheit übertragene Wärme
    Figure imgb0010
    mit
    Figure imgb0011
    Für Erwärmung und Verdampfung des Tropfens sind aufzubringen: (Verdampfungste mperatur 200°C)
    Figure imgb0012
    Die Masse des einzelnen Tropfen ist
    Figure imgb0013
  • Damit ergeben sich die in Fig. 1 dargestellten Verdampfungszeiten in Abhängigkeit von der Tropfengröße. Für das vorliegende Beispiel (maximaler Tropfendurchmesser d = 290µ = 1,27 . 10-8 kg) ergibt sich im ungünstigsten Fall (d.h. maximale Tropfengröße, kleinste Temperaturdifferenz zwischen Gas und Tropfen) eine Verdampfungszeit von 0,375 s.
  • Bei einer Gasgeschwindigkeit, von ≤ 0,1 m/sec im ersten Quenchbereich (Strahlungskühler) ist bei einer Wassereindüsung im Bereich der üblichen Anordnungsstelle für Abreinigungseinrichtungen für die Flossenwände gewährleistet, daß das eingedüste Wasser vollständig verdampft und keine Anbackungen und Ablagerungen durch im Gas vorhandene Feststoffteilchen auftreten können. Da Abreinigungseinrichtungen für Strahlungskühler in Synthesegasanlagen üblicherweise mit Druckdüsen versehen sind.bedarf es zu der erfindungsgemäßen ersten Quenchung bei ebenfalls vorhandenen Einrichtungen einer Synthesegasanlage lediglich eines Umfunktionierens, d.h. minimalen Aufwandes zur baulichen Verwirklichung der ersten Quenchstufe.
  • Die sich an die erste Quenchstufe anschließende zweite Quenchstufe kann beliebiger Art sein.

Claims (3)

1.) Kohlevergasungsanlage mit nach unten gegen ein Wasserbad arbeitendem Flugstaubreaktor, dem zur Konvertierung ein Quench nachgeschaltet ist. Dadurch gekennzeichnet , daß die Quenchung in 2 Stufen mit Wasser erfolgt, wobei in einer ersten Stufe durch die Quenchung auf ein Temperaturniveau abgekühlt wird, daß einerseits unterhalb der Schlackeerweichung und andererseits oberhalb der Tautemperatur des Rohgases liegt.
2.) Kohlevergasungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Tropfengröße in der ersten Quenchung ≤ 700µm ist und die Gasgeschwindigkeit im ersten Quenchbereich ≤ 0,1 m/sec ist.
3.) Kohlevergasungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Quenchstufe 3 - 4 den austretenden Synthesegasstrom gleichmäßig umgebende Düsen aufweist.
EP83100186A 1982-01-20 1983-01-12 Quench für eine Kohlevergasungsanlage Withdrawn EP0084343A1 (de)

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