DE2504657B2 - 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 enthält, die Vergasung mit einer Temperatur von 400 bis 7000C verläßt und in einer
ersten Waschstufe mit eingedüstem Waschwasser behandelt wird.
Die Druckvergasung von Kohle mit Sauerstoff und Wasserdampf und gegebenenfalls Kohlendioxid ist z. B.
au·, dem US-Patent 35 40 867 bekannt Der Druck im Vergasungsreaktor liegt dabei etwa im Bereich von 4 bis
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 bereits genannten Patentschrift wird auch beschrieben, das heiße Rohgas aus der Druckvergasung
durch einen Waschkühler zu führen, wo es mit erwärmtem Wasser in direkten Kentakt 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
Oberfläche durch das Rohgas hindurchfließt Die Reinigungswirkung im Waschkühler 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 Teil des im Rohgas mitgeführten Staubes nur unzureichend gekühlt Die damit verbundenen
höheren Temperaturen haben zur Folge, 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
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Gasreinigung zu verbessern und das Rohgas so intensiv mit
Wasser zu waschen, daß sein Staubgehalt den Anforderungen für die Verwendung des Gases in
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht daß die erste Waschstufe als Zyklonwäsche ausgebildet ist, in
welcher man das Rohgas tangential zur zylindrischen Innenwand einleitet, das Waschwasser mit einer
Temperatur von 160 bis 3000C mit einem Staubgehalt
von höchstens 200 mg/1 in einer Menge von 0,5 bis 61/Nm3 eindüst und das Rohgas auf eine Temperatur
von 0 bis 200C über der Temperatur des Waschwassers abkühlt, und daß man das Rohgas einer zweiten, als
Radialstrom- oder Venturiwäsche ausgebildeten Waschstufe zuführt, in der es pro Nm3 trockenes Gas
mit 0,1 bis 0,31 eingedüstem Waschwasser, das höchstens 200 mg Feststoffe pro Liter enthält, behandelt
und sein Staubgehalt auf höchstens 10 mg/Nm3 reduziert wird. Es wird dabei vermieden, daß Waschwasser
einer Stufe im Kreislauf geführt wird, wobei ein Teil des ausgewaschenen Staubes wieder in das Gas
zurückgelangen kann. Der Feststoffgehalt im Reingas kann so auch bis in den Bereich von 1 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
eingedüst Die radialen Kräfte der Rotationsströmung des Gases schleudern die Wassertröpfchen und die
davon benetzten und nicht benetzten Staubpartikel nach außen 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.
werden.
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.
Dies geschieht vorteilhafterweise nach der letzten
Waschstufe, es ist aber auch möglich, das Gas zwischen
den beiden Waschstufen zu entschwefeln. Man wendel hierzu ein an sich bekanntes Entschwefelungsverfahren
an, das z. B. mit einer wäßrigen Lösung /on Kaliumkarbonat arbeitet Zu diesem Zweck c.iuß das Gas durch
Wärmeaustausch auf 1300C 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 Waschstjie ausreichend staubfrei gewaschene und so to
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
180° C 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 Energieinhalt des Gases, das z. B. für einen Kraftwerksprozeß 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 U-II durch den
Zyklonwäscher der F i g. 1,
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 150 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 5. Es hat beim Einsatz einer Steinkohle als Brennstoff etwa folgende Zusammensetzung
(bei einem Betriebsdruck von 20 bar und Vergasung mit Luft und Wasserdampf):
55
60
Der Schwefel der eingesetzten Kohle liegt weitgehend in Form von Schwefelwasserstoff vor. Der
Volumenanteil der Schwefelverbindungen im Gas hängt vom Schwefelgehalt der Einsatzkohle ab und kann
deshalb in weiten Grenzen variieren.
Im Zyklonwäscher 6 wird das 400 bis 7000C heiße
Rohgas aus der Leitung 5 intensiv mit Wasser aus einer Anzahl von Düsen 7 besprüht. Das Wasser hat eine
| H2 | 18bis25Vol.-% |
| CO | 14 bis 22 Vol.-% |
| CO2 | llbisl6Vol.-% |
| 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 |
Temperatur von 160 bis 30O0C, zumeist liegt die
Temperatur im Bereich von 160 bis 180° Q 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
0,5 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/1.
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, der 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 Sprühdüsen 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 Schwerteer
wird vorzugsweise zurück in den Gaserzeuger 1 geführt. Das Wasser mit einem geringen restlichen Staubgehalt,
das zusätzlich noch Kohlenwasserstoffe enthält, wild als
Wasch wasser wieder verwendet und in der Leitung 10 abgezogen, um in den Waschprozeß 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 Radialstrom- oder Venturiwäscher 16 geführt, wo es
erneut mit fein zerteiltem Wasser von 160 bis 3000C,
vorzugsweise 170 bis 2200C, gewaschen wird. Der in
F i g. 1 nur schematisch dargestellte Radialstromwäscher ist mit seinen Einzelheiten z. B. in der deutschen
Auslegeschrift 22 24 519 oder im US-Patent 38 34 127 beschrieben. Er besitzt am Kopf einen Stutzen 18 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
Temperatur liegt im selben Bereich wie beim Wasch-
wasser, das im Wäscher 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 0,31 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 Beden 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 werden. 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 für die nachfolgende Entschwefelung 31 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 1 i
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 10 mg/N m3 den
Radialstrom- oder Venturiwäscher vor der Entschwefelungseinrichtung
anzuordnen. Die Aufsättigung des Gases nach der Entschwefelungsstufe mit Wasserdampf
| CO2 | 13,2 Vol.-% |
| CO | 183VoL-% |
| H2 | 24,5 VoL-% |
| CH4 | 4,2 VoL-% |
| N2 | 39,6 VoL-% |
| CnHm | 0,2 VoL-% |
kann durch einen einfachen Sättiger ohne oder mit Einbauten vorgenommen werden. Bei Staubgehalten im
Gas am Austritt des Abhitzekessels 30 unter 10 mg/Nm3 kann der Radialstromwäscher vorder Entschwefelungsstufe
entfallen. Die Sättigung des Gases erfolgt dann in einfacher Weise wie vorbeschrieben.
bekannten Gaserzeuger pro Stunde etwa tOOOOO Nm3
trockenes Rohgas unter einem Druck von 20 bar erzeugt. Als Vergasungsmittel werden etwa 50 000 Nm3
0,7 kg pro Nm3 Luft in den Gaserzeuger eingeführt. Das
Ί5 erzeugte Rohgas hat folgende Zusammensetzung
(trocken gerechnet):
Temperatur von 600°C. Es wird im Zyklonwäscher 6, in welchem ein Druck von 19,8 bar herrscht mit 1 1 Wasser
pro Nm3 Rohgas besprüht die Wassertemperatur beträgt 160° C. 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 Radialstrom wäscher 16 wird dieses Gas mit 0,2 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 bar 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 1700C und einem
Druck von ca. 19,0 bar zur Verfugung.
In einer Verfahrensvariante nach F i g. 3 wird unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 eine höher
schwefelhaltige Kohle vergast wobei das Rohgas einen Gehalt an Schwefelverbindungen von ca. 0,4 Vol.-% hat
Die Wäsche dieses Gases im Zyklonwäscher 6 erfolgt
so ebenfalls in der bereits im Beispiel 1 beschriebenen Weise. Nach dem Wäscher 6 wird das Gas zur
Entschwefelung zunächst im Abhitzekessel 30 auf 120° C
gekühlt und dann in der Entschwefelungsstufe 31 unter einem Druck von ca. 19,5 bar mit einer wäßrigen
K2CO3-LoSUHg behandelt Dabei wird der Gehalt an
Schwefelverbindungen im Gas auf ca. 300 ppm gesenkt Die Regenerierung der K2CO3-LaUgC erfolgt in
bekannter Weise durch Entspannen und Erhitzen. Das praktisch schwefelfreie Gas wird im Radialstromwä-
scher unter den Bedingungen des Beispiels 1 weiterbehandelt
Claims (4)
1. 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
enthält, die Vergasung mit einer Temperatur von 400 bis 7000C verläßt und in einer
ersten Waschstufe mit eingedüstem Waschwasser behandelt wird,dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Waschstufe als Zyklonwäsche ausgebildet ist, in welcher man das Rohgas tangential zur
zylindrischen Innenwand einleitet, das Waschwasser mit einer Temperatur von 160 bis 3000C mit einem
Staubgehalt von höchstens 200 mg/1 in einer Menge von 0,5 bis 61/Nm3 eindüst und das Rohgas auf eine
Temperatur von 0 bis 200C über der Temperatur des
Waschwassers abkühlt, und daß man das Rohgas einer zweiten, als Radialstrom- oder Venturi wäsche
ausgebildeten Waschstufe zuführt, in der es pro Nm3
trockenes Gas mit 0,1 bis 0,31 eingedüstem Waschwasser, das höchstens 200 mg Feststoffe pro
Liter enthält, behandelt und sein Staubgehalt auf höchstens 10 mg/Nm3 reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in 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 Waschwasser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas zwischen den beiden Waschstufen oder nach der
zweiten Waschstufe entschwefelt wird.
Priority Applications (9)
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| DE2504657A DE2504657C3 (de) | 1975-02-05 | 1975-02-05 | Verfahren zum Reinigen von Rohgas aus der Vergasung fester Brennstoffe |
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