DE3445986C2 - Verfahren und Vorrichtung für das Auftrennen eines Synthesegas-Flugaschegemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Auftrennen eines Synthesegas-Flugaschegemisches.

Bei der Synthesegasherstellung über die unvollständige Verbrennung von Steinkohle bildet sich oft Flugasche als Nebenprodukt. Bevor das erhaltene Synthesegas zur Herstellung organischer Verbindungen oder für andere Anwendungsmöglichkeiten verwendet werden kann, muss die Flugasche abgeschieden werden.

Bekannt ist es, den grössten Teil des Synthesegases von der Flugasche mit Hilfe eines Zykonabscheiders, eines oder mehrerer Filter oder einer Kombination davon abzutrennen. Die Trennung nach diesen Methoden ist jedoch nicht vollständig genug. Es bleibt immer noch soviel Synthesegas, das nahezu vollständig aus CO und H₂ besteht, in der Flugasche zurück, dass die Explosionsgefahr durch die Anwesenheit von H₂ in unmittelbarer Nähe der Flugasche erheblich ist und dass durch die Anwesenheit von CO die Gesundheit von Personen, die sich in unmittelbarer Nähe der Flugasche befinden, gefährdet wird. Es ist daher wichtig, nahezu das gesamte Synthesegas abzuscheiden, bevor die Flugasche mit der Atmosphäre in Berührung kommen kann.

Es wurde nun gefunden, dass Synthesegas in einem derartigen Ausmass von der Flugasche abgetrennt werden kann, dass Flugasche, die nach der Auftrennung mit der Atmosphäre in Berührung kommt, keine oder eine verringerte Explosions- und Gesundheitsgefahr infolge der Anwesenheit von H₂ bzw. CO in der Flugasche darstellt.

Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren für das Auftrennen eines Synthesegas-Flugaschegemisches, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Synthesegas-Flugaschegemisch mittels eines Trägergases in einen Ab­ scheider eingespeist und dort mit einem Inertgas in Berührung gebracht wird und anschließend die Flugasche und ein Synthesegas-Inertgasgemisch unabhängig voneinander aus dem Abscheider abgeführt werden.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung für das Trennen eines Synthesegas-Flugaschegemisches nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Abscheider umfasst, der mit einer Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches, einer Leitung für die Zuführung des Inertgases, einer Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches sowie einer Leitung für die Abführung der Flugasche versehen ist, welche Leitungen mit Mitteln zum Schliessen der Leitungen versehen sind, wobei die Leitung für die Zuführung des Inertgases und die Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches mit Mitteln versehen sind um das Einströmen von Flugasche in die Leitungen zu verhindern oder zu beschränken.

Obwohl die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung sich bei der Herstellung von Synthesegas über die Kohlenvergasung ergab, kann die Lösung des Problems allgemeinere Verwendung finden. Ein Synthesegas-Flugaschegemisch, bei welchem Prozess es auch anfallen möge, kann nach dem vorliegenden Verfahren derart getrennt werden, dass das vorstehend beschriebene Ziel erreicht wird.

Unter einem Inertgas wird in diesem Zusammenhang ein Gas oder Gasgemisch verstanden, das unter den Umständen, unter denen das vorliegende Verfahren angewandt wird, keine Reaktion mit den während des vorliegenden Verfahrens vorhandenen Komponenten eingeht. Obwohl die Anwesenheit von CO und/oder H₂ im Inertgas im Prinzip nicht ausgeschlossen werden muss, ist deutlich, dass die Trennung eines Synthesegas-Flugaschegemisches durch die Anwesenheit von CO und/oder H₂ im Inertgas nicht verbessert wird. Vorzugsweise enthält das Inertgas deshalb kein CO und/oder H₂. Innerhalb der vorstehend gegebenen Definition eines Inertgases kann grundsätzlich jedes Inertgas verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein Inertgas verwendet, das - soweit es in der Flugasche zurückbleibt - keine gesundheitliche und Explosionsgefahr mit sich bringt, wie N₂ und CO₂.

Das Synthesegas-Flugaschegemisch wird vorzugsweise bei einem Druck von 0,5-30 bar und insbesondere bei Atmosphärendruck mit dem Inertgas in Berührung gebracht, wobei die Temperatur innerhalb weiter Grenzen, beispielsweise zwischen 0-200°C, schwanken kann. Vorzugsweise ist die Temperatur gleich der Umgebungstemperatur.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in kontinuierlichem, halb- und diskontinuierlichem Betrieb angewandt werden. Vorzugsweise wird das Synthesegas-Flugaschegemisch kontinuierlich mit dem Inertgas in Berührung gebracht und werden Flugasche und Inertgas-Synthesegas­ gemisch kontinuierlich abgeführt.

Das Synthesegas-Flugaschegemisch kann geeigneterweise so mit dem Inertgas in Berührung gebracht werden, dass die Flugasche als Festbett, bewegliche oder Wirbelschicht in Berührung mit dem Inertgas gebracht wird. Vorzugsweise wird die Flugasche, wenn das Synthesegas- Flugaschegemisch mit dem Inertgas in Berührung gebracht wird, in fluidisierten Zustand gebracht und gehalten, wobei das Inertgas sehr geeignet als Bewegungsmittel verwendet werden kann.

Nachdem ausreichend Synthesegas von der Flugasche abgetrennt ist, kann die Flugasche weiterverarbeitet, gelagert, auf eine Deponie verbracht und/oder transportiert werden.

Das abgeführte Inertgas-Synthesegasgemisch kann weiter­ verarbeitet oder zur Verbrennung des vorhandenen CO und H₂ einer Fackelanlage zugeführt werden.

Falls grosse Synthesegasmengen von relativ kleinen Flugaschemengen abgetrennt werden müssen, wird vorzugsweise vor Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung der grösste Teil des Synthesegases in der vorstehend bereits genannten, bekannten Art mit einem Zyklonabscheider, mit einem oder mehreren Filtern oder einer Kombination davon von der Flugasche abgetrennt. Der Vorteil hierbei ist, dass der grösste Teil des Synthesegases ohne Beimengung von Inertgas vorliegt. Ausserdem ist die erforderliche Inertgasmenge geringer. Vorabscheidung wird vorzugsweise bei einem Druck von 5-40 bar ausgeführt.

Das Verfahren nach der Erfindung kann im Prinzip in jedem nach dem Stand der Technik für das Trennen kleiner Stoffteilchen und Gase bekannten Abscheider angewandt werden.

Eine geeignete Vorrichtung hierfür ist eine Vorrichtung, die einen Abscheider umfasst, der mit einer Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches, einer Leitung für die Zuführung des Inertgases, einer Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegas­ gemisches sowie einer Leitung für die Abführung der Flugasche versehen ist; die Leitungen sind mit Mitteln zum Schliessen der Leitungen versehen, wobei die Leitung für die Zuführung des Inertgases und die Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthese­ gasgemisches mit Mitteln versehen sind, um das Einströmen von Flugasche in die Leitungen zu verhindern oder zu beschränken. Vorzugsweise schliessen die Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches sowie die Leitung für die Abführung des Synthesegas-Inertgasgemisches an einer höher gelegenen Stelle und die beiden anderen Leitungen an einer tiefer gelegenen Stelle an den Abscheider an. Vorzugsweise schliesst die Leitung für die Abführung von Flugasche an der Unterkante und die Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches an der Oberkante des Abscheiders an den Abscheider an. Die Anschlussstelle der beiden anderen Leitungen wird innerhalb der vorstehend genannten Priorität durch Dimensionen und Gestalt des Abscheiders sowie die gewünschte Prozessführung bestimmt.

Wie gesagt, kann das Verfahren nach der Erfindung in kontinuierlichem, halb- und diskontinuierlichem Betrieb angewandt werden.

Bei diskontinuierlicher Prozessführung werden Flugasche und Synthesegas durch die Zuführungsleitung in den Abscheider eingetragen, während die anderen Leitungen geschlossen sind. Danach werden nacheinander die Leitung für die Zuführung von Flugasche und Synthesegas geschlossen, die Leitung für die Zuführung von Inertgas geöffnet, das Inertgas in den Abscheider eingeleitet, um den Abscheider auf einen (bis auf 30 bar) erhöhten Druck zu bringen und die Leitung für die Zuführung von Inertgas wieder geschlossen. Danach wird, falls erwünscht nach einiger Zeit, die Leitung für die Abführung von Synthese- und Inertgas geöffnet. Infolge des höheren Druckes im Abscheider wird das Synthesegas-Inertgasgemisch den Abscheider verlassen und wird abgeführt. Schliesslich werden nacheinander die Leitung für die Abführung des Synthesegas-Inertgas­ gemisches geschlossen, die Leitung für die Abführung der Flugasche geöffnet und die Flugasche abgeführt. Falls erwünscht, kann die Flugasche mit Hilfe eines Trägergases abgeführt werden, das vorzugsweise das gleiche ist wie das Inertgas, bespielsweise N₂ oder CO₂. Nach Schliessen der Leitung für die Abführung von Flugasche und Öffnen der Leitung für die Zuführung des Flugasche-Synthesegas­ gemisches kann das Verfahren nach der Erfindung mit einer neuen Menge an Flugasche-Synthesegasgemisch wiederholt werden. Auch ist es möglich, falls das Synthesegas in unzureichendem Masse von der Flugasche abgetrennt worden ist, Flugasche und noch zurückgebliebenes Synthesegas noch einmal oder mehrmals dem vorstehend beschriebenen Verfahren zu unterwerfen. Dies kann auf zwei Wegen erfolgen. Erstens können Flugasche und noch zurückgebliebenes Synthesegas statt aus dem Abscheider abgeführt zu werden, mit dem Inertgas erneut im gleichen Abscheider in Berührung gebracht werden. Zweitens können Flugasche und noch zurückgebliebenes Synthesegas, nach Abführung aus dem Abscheider in einen (oder mehrere) weiteren(weitere) Abscheider gefördert werden, um dort erneut dem vorstehend beschriebenen Verfahren unterworfen zu werden. Gewöhnlich wird es ausreichen, das beschriebene Verfahren 10mal zu wiederholen; gute Resultate können bereits bei 3-6maliger Widerholung erzielt werden.

Bei halbkontinuierlicher Prozessführung wird das Synthesegas- Flugaschegemisch in den Abscheider eingeleitet, während die übrigen Leitungen geschlossen sind. Nach Schliessen der Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches werden die Leitungen für die Zuführung von Inertgas und die Abführung von Inert- und Synthesegas geöffnet und wird kontinuierlich Inertgas durch die Flugasche geleitet und das Inertgas-Synthesegasgemisch abgeführt, bis genügend Synthesegas von der Flugasche abgetrennt ist. Nach Schliessen der offenen Leitungen wird die Flugasche durch die dafür vorgesehenen Leitungen abgeführt, eventuell mit Hilfe des bereits genannten Trägergases.

Falls das Verfahren nach der Erfindung in kontinuierlichem Betrieb angewandt wird, was, wie gesagt, den Vorzug verdient, werden Inertgas und das Flugasche-Synthesegasgemisch gleichzeitig und kontinuierlich in den Abscheider über die dafür vorgesehenen Zuführungsleitungen eingetragen und Flugasche sowie Inertgas- Synthesegasgemisch durch die dafür vorgesehenen Leitungen kontinuierlich abgeführt. Die Geschwindigkeit, mit der Inertgas durch den Abscheider geführt wird, kann innerhalb weiter Grenzen schwanken, da sie unter anderem von der Geschwindigkeit, mit der Flugasche und Synthesegas in den Abscheider eingeleitet werden, von der Synthese­ gasmenge, die von der Flugasche abgetrennt werden muss, und von den Dimensionen des Abscheiders abhängig ist.

Im Gegensatz zur diskontinuierlichen Prozessführung wird der Druck bei halbkontinuierlichem und kontinuierlichem Betrieb konstant gehalten.

Wird das Synthesegas-Flugaschegemisch mit dem Inertgas in Berührung gebracht, kann die Flugasche, wie gesagt, als Festbett, bewegliche oder Wirbelschicht mit dem Inertgas in Berührung gebracht werden. Vorzugsweise wird eine Wirbelschicht verwendet, wobei der Abscheider mit nach dem Stand der Technik für das Fluidisieren von Stoffteilchen bekannten Mitteln versehen ist und wobei vorzugsweise Inertgas verwendet wird, um die Flugasche in fluidisierten Zustand zu bringen und zu halten.

Wie gesagt, wird ein Flugasche-Synthesegasgemisch, das relativ viel Synthesegas enthält, bevor das Gemisch mit dem Inertgas in Berührung gebracht wird, vorzugsweise einer Vorabscheidung unterworfen. Vor der Vorabscheidung hat das Gemisch eine andere Flugasche/Synthesegaszusammensetzung als danach, da bei dieser Vorabscheidung ja der grösste Teil des Synthesegases abgeschieden wird. Die Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugasche­ gemisches, die an den Abscheider anschliesst, muss, damit das bei der Vorabscheidung erhaltene Synthesegas-Flugaschegemisch in den Abscheider gefördert werden kann, mit der Vorabscheidungsvorrichtung, d. h. einem Zyklonabscheider, einem oder mehreren Filtern oder einer Kombination davon verbunden sein.

Die Vorabscheidung wird vorzugsweise bei einem Druck von 5-40 bar ausgeführt. Da das Synthesegas-Flugaschegemisch mit dem Inertgas bei niedrigerem Druck in Berührung gebracht wird, muss zuvor ein Druckabbau vorgenommen werden. Der Abscheider nach der vorliegenden Erfindung kann zu diesem Zweck mit nach dem Stand der Technik an sich bekannten Mitteln zum Druckabbau im Abscheider versehen sein. Vorzugsweise sind derartige Mittel in der Vorrichtung zwischen der Vorabscheidung und dem Abscheider angeordnet. Mittel zum Druckabbau, die verwendet werden können, sind beispielsweise ein - an sich bekanntes - separates Gefäss, das für den Druckabbau geeignet ist, oder ein langes - eventuell gewundenes - Rohr mit geringem Durchmesser. Vorzugsweise wird ein separates Gefäss verwendet. Nach dem Druckabbau wird das Synthesegas-Flugaschegemisch vorzugsweise mit Hilfe von Trägergas über die Leitung für die Zuführung des Synthese­ gas-Flugaschegemisches in den Abscheider eingeleitet.

Es ist ausserdem vorteilhaft, dass die Vorrichtung mit einem Gefäss versehen ist, das für die Lagerung eines Flugasche-Synthesegas­ gemisches geeignet ist; dieses Gefäss liegt zwischen den Mitteln zur Bewirkung des Druckabbaus einerseits und dem Zyklonabscheider, dem (den) Filter(n) oder einer Kombination davon andererseits und ist mit ihnen verbunden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind besonders für das Trennen von aus dem Kohlevergasungs­ verfahren erhaltenen Flugasche-Synthesegasgemischen von Bedeutung.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Abb. 1 illustriert, in der die bevorzugte Ausführungsform schematisch wiedergegeben ist, auf die die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist.

Aus der Vergasung von Steinkohle bei einem Druck von 5-40 bar erhaltenes Synthesegas wird durch Leitung 1 zusammen mit der als Nebenprodukt entstandenen Flugasche in Gefäss 2 gefördert, wo der grösste Teil des Synthesegases durch einen Zyklonabscheider, einen oder mehrere Filter oder eine Kombination davon, die schematisch durch Gefäss 2 wiedergegeben ist (sind), in bekannter Weise von der Flugasche abgetrennt wird. Das abgeschiedene Synthesegas wird zur Weiterverarbeitung oder für andere Zwecke durch Leitung 3 abgeführt. Die Flugasche wird zusammen mit dem zurückgebliebenen Synthesegas durch Leitung 4 in den Sammler 5 eingeleitet. Gefäss 2 und Gefäss 5 werden auf dem gleichen Druck gehalten, wie dem Druck, bei dem die Kohlevergasung ausgeführt wurde. Sobald eine ausreichende Menge des Flugasche-Synthesegasgemisches im Sammler vorhanden ist, wird es durch Leitung 6 in Gefäss 7 eingeleitet, wo der Druck auf Atmosphärendruck reduziert wird. Anschliessend wird das Flugasche- Synthesegasgemisch kontinuierlich durch Leitung 8 zusammen mit dem Trägergas aus Leitung 9 in den Abscheider 10 gefördert. Abscheider 10 ist mit Mitteln versehen, um die Flugasche mit Hilfe eines kontinuierlichen Stroms von Inertgas aus Leitung 11 in fluidisierten Zustand zu bringen und zu halten. Synthesegas und Inertgas werden durch Leitung 12 und die Flugasche wird durch Leitung 13 kontinuierlich abgeführt.

Die so erhaltene Flugasche kann ohne Explosions- oder Gesundheits­ gefahr für Mensch und Tier infolge der Anwesenheit von H₂ bzw. CO verarbeitet, transportiert oder gelagert werden.

Nach der Vorabscheidung beträgt die Synthesegasmenge im Synthesegas-Flugaschegemisch noch immer mindestens 10 Nl Synthesegas je Kilogramm Flugasche. Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann das auf weniger als 0.01 Nl Synthesegas je Kilogramm Flugasche reduziert werden.

Claims (15)

1. Verfahren für das Auftrennen eines Synthesegas-Flugaschege­ misches, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesegas-Flugasche­ gemisch mittels eines Trägergases in einen Abscheider einge­ speist und dort mit einem Inertgas in Berührung gebracht wird, und daß anschließend die Flugasche und ein Inertgas-Synthese­ gasgemisch unabhängig voneinander aus dem Abscheider abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas N₂ oder CO₂ ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas-Flugaschegemisch mit dem Inertgas bei einem Druck von 0,5-30 bar in Berührung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührung bei Atmosphärendruck erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas-Flugaschegemisch mit dem Inertgas kontinuierlich in Berührung gebracht wird und die Flugasche sowie das Inertgas-Synthesegasgemisch kontinuierlich abgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche, wenn das Synthesegas-Flugasche­ gemisch mit dem Inertgas in Berührung gebracht wird, in fluidisierten Zustand gebracht und gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche mit Hilfe des Inertgases in fluidisierten Zustand gebracht und gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas-Flugaschegemisch, das mit dem Inertgas in Berührung gebracht wird, aus einem Flugasche-Synthese­ gasgemisch mit einer anderen Flugasche/Synthesegaszusammensetzung erhalten ist, das einer Trennung mit Hilfe eines Zyklonabscheiders, eines oder mehrerer Filter oder einer Kombination davon unterworfen worden ist, wobei der grösste Teil des Synthesegases von der Flugasche abgetrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas-Flugaschegemisch, das mit dem Inertgas in Berührung gebracht wird, dadurch erhalten ist, dass das Gemisch mit der anderen Flugasche/Synthesegaszusammensetzung einer Trennung mit Hilfe eines Zyklonabscheiders, eines oder mehrerer Filter oder einer Kombination davon bei einem Druck von 5-40 bar unterworfen worden ist.

10. Vorrichtung für das Auftrennen eines Synthesegas-Flugaschegemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Abscheider umfasst, der mit einer Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches, einer Leitung für die Zuführung des Inertgases, einer Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches und einer Leitung für die Abführung der Flugasche ausgerüstet ist, welche Leitungen mit Mitteln zum Schliessen der Leitungen versehen sind, wobei die Leitung für die Zuführung von Inertgas und die Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches mit Mitteln versehen sind, um das Einströmen von Flugasche in die Leitungen zu verhindern oder zu beschränken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches und die Leitung für die Abführung des Inertgas-Synthesegasgemisches an einer höher gelegenen Stelle und dass die beiden anderen Leitungen an einer tiefer gelegenen Stelle an den Abscheider anschliessen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider mit Mitteln versehen ist, die die Flugasche in fluidisierten Zustand bringen und halten können.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung für die Zuführung des Synthesegas-Flugaschegemisches mit einem Zyklonabscheider, einem oder mehreren Filtern oder einer Kombination davon verbunden ist, der (die) geeignet ist (sind), den grössten Teil des Synthesegases aus einem Synthesegas-Flugaschegemisch mit einer anderen Flugasche/Synthese­ gaszusammensetzung abzutrennen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit Mitteln versehen ist, die geeignet sind, einen Druckabbau zu bewirken, wobei die Mittel zwischen dem Abscheider einerseits und zwischen dem Zyklonabscheider, dem (den) Filter(n) oder einer Kombination davon andererseits liegen und mit ihnen verbunden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Gefäss versehen ist, das für die Lagerung eines Flugasche-Synthesegasgemisches geeignet ist, wobei das Gefäss zwischen den Mitteln für die Bewirkung des Druckabbaus einerseits und zwischen dem Zyklon, dem (den) Filter(n) oder einer Kombination davon andererseits liegt und mit ihnen verbunden ist.