DE2345188C2

DE2345188C2 - Verfahren zum Kühlen und Reinigen heißer Gase

Info

Publication number: DE2345188C2
Application number: DE2345188A
Authority: DE
Inventors: Hermann 4300 Essen Staege
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1973-09-07
Publication date: 1984-04-05
Also published as: IN140744B; ZA744969B; DE2345188A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Reinigen heißer, durch Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe gewonnener Gase, bei dem die Gase unter erhöhtem Druck In dlrek- to ten Kontakt mit Wasser gebracht werden, worauf das aus der Kontakteinrichtung ablaufende Wasser auf Normaldruck entspannt und nach Abscheidung der mitgeführten Feststoffe sowie entsprechender Kühlung und Wiederverdichtung In die Kontakiclnrichtung zurückgepumpt wird.

Es Ist bekannt, daß man bei der Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe, wie z. B. Kohle, Kohlenstaub oder schwerer Heizöle mit Luft oder Sauerstoff Gase erhalten kann, die keine höhersiedenden Kohlenwasserstoffe wie Öle, Teer, Benzol, Phenole und ähnliche Verbindungen mehr enthalten. Die Hauptverunreinigungen dieser Gase sind vielmehr Ruß bzw. Kohlenstaub und Flugasche, die als Vergasungsrückstand anfallen und zum Teil von den Gasen mitgeführt werden. Ferner enthalten die Gase selbstverständlich H₂S, COS und CO₂, die ebenfalls entfernt werden müssen. Wegen des Fehlens der genannten höhersiedenden Kohlenwasserstoffe In derartigen Gasen ist man in der Praxis bereits dazu übergegangen, diese heißen Gase in einer sogenann- ^b0 ten Druckwasserwäsche durch direkten Kontakt mit Wasser zu kühlen und gleichzeitig vom mitgeführten Vergasungsrückstand zu befreien.

Die zu behandelnden Gase stehen dabei normalerweise unter erhöhtem Druck, vorzugsweise einem Druck zwl- ^b5 sehen 3 und 80 ata, well entweder die Vergasung unter erhöhtem Druck durchgeführt wird oder well die Gase ohnehin Im Hinblick auf Ihre spätere Weiterverarbeitung verdichtet werden müssen. Die Behandlung der Gase erfolgt normalerweise dadurch, daß man das Wasser in die strömenden Gase eindüst und diese dadurch unter erhöhtem Druck mit dem Wasser in Kontakt bringt. Zur Weiterbehandlung des aus der Kontakteinrichtung nach der Behandlung der Gase ablaufenden Wassere hat man bereits vorgeschlagen, das beladene Waschwasser zu entspannen und in einem drucklosen Absetzbecken von den als Suspension mitgeführten festen Bestandteilen zu trennen, worauf das entstaubte Wasser nach entsprechender Druckerhöhung wieder im Kreislauf auf die als Wascher dienende Kontakteinrichtung aufgegeben wird. Bei dieser Arbeltsweise werden jedoch die vom Waschwasser infolge des angewandten Druckes absorbierten gasförmigen Bestandteile wieder in Freiheit gesetzt und können ungehindert in die Atmosphäre gelangen. Da es sich hierbei um übelriechende und giftige Bestandteile wie H₂S, COS und CO handelt, führt dies zu einer Belästigung der Umwelt. Diese kann bei den heute immer schärfer werdenden behördlichen Bestimmungen und Auflagen nicht länger hingenommen werden.

Aus der DD-PS 49 336 ist ferner ein Verfahren zur Beseitigung des Staubes aus dem bei der Druckvergasung anfallenden Rohgas bekannt, bei dem das bei der Druckwasserwäsche des Gases anfallende Waschwascher in einen Druckscheider eingeleitet und dort von den Feststoffen getrennt wird. Das Wasser wird dazu anschließend wieder in den Waschwasserkreislauf eingespeist, während die abgeschiedenen Feststoffe wieder in den Gasgenerator zurückgefördert werden. Bei dieser Arbeitsweise wird zwar ein Entweichen von unerwünschten gasförmigen Bestandteilen in die Atmosphäre vermieden. Der Entgegenhaltung ist jedoch nicht zu entnehmen, wie diese gasförmigen Bestandteile überhaupt aus dem Waschwasser entfernt werden sollen und wie eine unerwünschte Anreicherung derselben im Waschwasser vermieden werden kann. Diese Entgegenhaltung stellt deshalb keine brauchbare Lösung des anstehenden Problems dar.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Reinigung und Kühlung des bei der Gleichstromvergasung anfallenden Rohgases unter solchen Bedingungen durchzuführen, daß die bei der Druckwasserwäsche des Gases Im Wasser gelösten gasförmigen Bestandteile nicht mehr ungehindert in die Atmosphäre gelangen können und gleichzeitig die Druckwasserwäsche unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Schwefelbestandteile des Rohgases weitestgehend ausgewaschen werden, so daß das Gas ohne nachgeschaltete Entschwcfelungsanlage weiterverarbeitet oder verbraucht werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß In der Kontakteinrichtung pro Nm' Gas 10 bis 40 Liter Wasser verwendet werden und daß das aus Kontakteinrichtung ablaufende Wasser vor der Abscheidung der mitgeführten Feststoffe In einen geschlossenen Entspannungsbehälter eingeleitet und In diesem nach Entspannung auf Normaldruck von den gelösten Gasbestandteilen befreit wird, worauf die Gasbestandteile und das Wasser in getrennten Leitungen aus dem Entspannungsbehälter abgezogen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem vorgesehen, daß die Entspannung des aus der Kontakteinrichtung ablaufenden Wassers nicht in dem Entspannungsbehälter, sondern In einer Entspannungsturbine erfolgt, die zwischen der Kontakteinrichtung und dem Entspannungsbe-

hälter angeordnet ist. Die Entspannungsturbine wird dabei zweckmäßigerweise mit einem Stromerzeugungsaggregat gekoppelt, so daß auf diese Weise ein Teil der Pumpenenergie wiedergewonnen werden kann, die für das nachfolgende Zurückpumpen des Wassers in die Kontakteinrichtung erforderlich ist.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandte Wassermenge ist innerhalb der angegebenen Grenzen abhängig vom angewandten Druck in der Kontakteinrichtung, dem Gehalt des Gases an Schwefelverbindungen sowie der Wassertemperatur

Die aus dem Entspannungsbehälter abgezogenen bzw. abgesaugten gasförmigen Bestandteile können in geeigneter Art und Weise unschädlich gemacht oder weiterverarbeitet werden. So können zum Beispiel diese Gase, wenn sie H:S und COS enthalten, in einer Claus-Ofenanlage zu elementarem Schwefel oder in einer Schwefelsäureanlage zu Schwefelsäure verarbeitet werden.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand des in der Abbildung wiedergegebenen Fließschemas weiter erläutert werden. Dieses Fließschema gibt dabei nur die zur Erläuterung des Verfahrens unbedingt notwendigen Anlagentelle wieder.

Das von dem In der Abbildung nicht dargestellten Vergaser kommende heiße Gas, das gegebenenfalls In einem unmittelbar hinter dem Vergaser angeordneten und ebenfalls nicht dargestellten Abhitzekessel bereits eine gewisse Abkühlung erfahren hat, gelangt durch die Leitung 1 in die Kontakteinrichtung 2, in die es von unten eintritt. Das erforderliche Wasser wird über die Leitung 3 herangeführt und über die Abzweigleitungen 3a, 36, ~c. 3d und 3e auf verschiedenen Ebenen in die Kontakteinrichtung 2 eingedost. Das Gas kommt deshalb in der Kontakteinrichtung im Gegenstrom mit dem kalten Wasser in Berührung, wobei es abgekühlt und gleichzeitig gewaschen wird. Das oben aus dei Kontakteinrichtung austretende Gas gelangt sodann über die Leitung 6 in den Desintegrator 7, in dem es einer nachgeschalteten Feinwäsche unterworfen wird. Das hierfür erforderliche Wasser wird über die Leitung 23, die von der Leitung 3 abzweigt, dem Desintegrator 7 zugeführt. Anschließend gelangt das Gas über die Leitung 9 in den Tropfenabscheider 8, wo es von mitgerissenem Wasser befreit wird. Danach kann das Gas durch die Leitung 10 seiner weiteren Verarbeitung bzw. Verwendung zugeführt werden. Das aus dem Tropfenabscheider 8 ablaufende Wasser kann über Leitung 26 in die Leitung 4 eingespeist werden.

Währenddessen gelangt das mit den festen und gasförmigen Bestandteilen beladene Wasser, das unten aus der Kontakteinrichtung 2 abfließt, über die Leitung 4 zum Entspannungsbehälter 5. In der Leitung 4 kann dabei die Entspannungsturbine 24 angeordnet sein. In der das Wasser, welches bisher noch den In der Kontakteinrichtung 2 herrschenden Druck aufweist, auf Normaldruck entspannt wird.

Die dabei freiwerdende Entspannungsenergie kann zur Stromerzeugung genutzt werden, da die Er.'.spannungsturbine 24 mit dem Stromerzeugungsaggregat 25 gekoppelt ist. Ist eine Entspannungsturbine 24 nicht vorgese- ' hen. so erfolgt die Entspannung erst Im Entspannungsbehälter 5. In diesem wird anschließend das Wasser von dem durch die Entspannung in Freiheit gesetzten Gas abgetrennt. Lei/leres wird zur weiteren Behandlung, wie «eiler oben beschrieben, durch die Leitung U abge/o- ' gen. Währenddessen strömt das entspannte Wasser, das noch mil den Feststoffen beladen ist. durch die Leitung 12 /um Klärbecken LV Beim Durchströmen desselben

setzen sich die Feststoffe, bei denen es sich im wesentlichen um Ruß, Flugasche und Kohlenstaub handelt, ab. Diese Feststoffe werden mit dem Räumerwagen 14 in den Trichter 15 geschoben und von hier über die Leitung 16 abgezogen.

Das geklärte Wasser tritt über die Leitung 18 aus dem Klärbecken 13 aus und gelangt über die Pumpe 17 und die Leitung 19 auf den Kühlturm 20. Hler erfolgt die weitere Rückkühlung des Wassers, das nach Ablauf aus dem Kühlturm 20 über die Leitung 22 abgezogen wird. Vermittels der Pumpe 21 wird das Wasser sodann wieder in die Leitung 3 gedrückt und von da wieder auf die Kontakteinrichtung 2 aufgegeben. Ein Teil der von den Pumpen 17 und 21 benötigten elektrischen Energie kann dabei durch den im Stromerzeugungsaggregat 25 gewonnenea Strom gedeckt werden.

Selbstverständlich kann als Kontakteinrichtung 2 anstelle des in der Abbildung dargestellten Einspritzwaschers auch eine andere \v.,_scherkonstrukt!on, ζ. Β. mit Einbauten, zur Anwendung gelangen. Es kann aber auch ein sogenanntes Venturi-Waschsystem eingesetzt werden.

Verfahrenbeispiel:

Pro Zeiteinheit werden 10 000 Nm³ mit folgender Zusammensetzung

CO₂ 10,9 Vol.-%

CO 54,2 Vol.-%

H₂ 33,0 Vol.-%

N₂ 0,9 VoI.-%

Ar 0,9 Vol.-%

CH₄ 0,1 Vol.-o/o

H₂S 0,9 Vol.-%

100,0 Vo1.-%

der Kontakteinrichtung 2 zugeführt. Dieses Gas, das durch Gleichstromvergasung von Kohlenstaub bei einem Druck von 30 ata gewonnen wurde, führt etwa 500 kg Feststoffe (Vergasungsrückstand) mit sich. Es wird mit einer Temperatur von 200° C und einem Druck von 30 ata in die Kontakteinrichtung 2 eingeleitet. Die durch die Abzweigleitungen 3o-3e in die Kontakteinrichtung 2 eingedüste Wassermenge liegt bei 19 Liler/Nm¹ Gas. Dadurch wird erreicht, daß die Schwefelbestandteile des Gases bereits in der Kontakteinrichtung 2 weitgehend ausgewaschen werden, so daß das durch die Leitung 6 abgezogene, gekühlte und gewaschene Gas folgende Zusammensetzung aufweist:

CO₂

N₂+ Ar

CH₄

H₂S

Das mit einer Temperatur von etwa 40' C durch die Leitung 4 aus der Kontakteinrichtung 2 abfließende Wasser muß anschließend von 30 ata auf Normaldruck entspannt «erden. Das kann entweder im Kntspannungsbeliältcr 5 erlolgen. oder - wenn es die vom Wasser mitge-

6,7	Vol.-o/o	Vol.-%
60,0	Vol.-%
32,5	Vol.-%
0,7	VoI.-%
0,1	Vol.-%
Spuren
100,0

führte Feststoffmenge zuläßt - in der Entspannungsturbine 24, die dann zwischen der Kontakteinrichtung 2 und dem Entspannungsbehiilter 5 installiert Ist. Die Entspannungsturbine Ist dabei mit dem Stromerzeugungsaggregat 25 gekoppelt. Die durch die Entspannung In Freiheit gesetzten Gasmengen werden im Entspannungsbehälter 5 vom Wasser abgetrennt. Dieses Gas, das vor allem COj, H₂S und COS enthält, wird durch die Leitung 11 zur weiteren Behandlung, wie weiter oben beschrieben, abgezogen. Dadurch wird vermieden, daß dieses infolge seines hohen IIjS- und COS-Gehaltes sehr giftige Gas ungehindert in die Atmosphäre gelangt.

Das durch die Leitung 12 abgezogene Wasser wird nach Abscheidung der Feststoffe im Klärbecken 13 Im Kühlturm 2(1 wieder auf eine Temperatur von 25 C gekühlt und daran anschließend wieder auf die Kontakteinrichtung 2 aufgegeben.

Wenn die Entspannung des Wassers anstelle in der Entspannungsturbine 24 im Entspannungsbehälter 5 erfolgen soll, so erfährt das in der Abbildung wiedergegebenc Fließschema dadurch keine grundsätzliche Veränderung. Es kommen im Fließschema lediglich die Entspannungsturbine 24 und das Stromerzeugungsaggregat 25 in Fortfall.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen und Reinigen heißer, durch Gleichstromvergasung fester und/oder flüssiger Brennstoffe gewonnener Gase, bei dem die Gase unter erhöhtem Druck In direkten Kontakt mit Wasser gebracht werden, worauf das aus der Kontakteinrichtung ablaufende Wasser auf Normaldruck entspannt und nach Abscheidung der mitgefühlten Feststoffe sowie entsprechender Kühlung und Wiederverdichtung In die Kontakteinrichtung zurückgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontakteinrichtung (2) pro Nm³ Gas 10 bis 40 Liter Wasser verwendet werden und daß das aus Kontaktelnrlchlung (2) ablaufende Wasser vor der Abscheidung der mltgeführtsn Feststoffe In einen geschlossenen Entspannungsbehälter (5) eingeleitet und In diesem nach Entspannung auf Normaldruck von den gelösten Gasbestandteilen befreit wird, worauf die Gasbestandteile und das Wasser In getrennten Leitungen (11, 12) aus dem Entspannungsbehälter (5) abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einer zwischen der Kontakteinrichtung (2) und dem Entspannungsbehälter (5) .'5 angeordneten Entspannungsturbine (24) entspannt wird, die mit einem Stromerzeugungsaggregat (25) gekoppelt Ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontakteinrichtung JO (2) ein Elnspritzwascher oder ein Venturl-Waschsystem verwendet wird.