WO2012149988A1 - Verfahren zur vergasung von festem, kohlenstoffhaltigem einsatzstoff - Google Patents

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Definitions

  • synthesis gas is intended to include gas for both e.g. include the ammonia, methanol, oxo or Fischer Tropsch synthesis, as well as for use as fuel for gas turbines or as city or remote gas.
  • synthesis gas is intended to include gas for both e.g. include the ammonia, methanol, oxo or Fischer Tropsch synthesis, as well as for use as fuel for gas turbines or as city or remote gas.
  • a disadvantage of the prior art is that in the treatment of the condensate always wastewater is produced, which must be discharged from the gasification process, and despite the mentioned cleaning treatments often contains impurities that in the disposal or use to affect the environment and / or eg the cooling tower operation can lead. It was therefore an object to provide a gasification process that avoids the disadvantages mentioned above.
  • the method according to the invention is characterized in that the amount of wastewater to be discharged from the gasification process is reduced by at least partly feeding the condensate originating from the cooling and scrubbing of the raw gas into the gasification reactor as process gas. In extreme cases, this results in a completely wastewater-free gasification process.
  • the method according to the invention comprises the following method steps:
  • a solid, carbonaceous feedstock such as peat, lignite or hard coal
  • gasified with the addition of an oxygen-containing gas and water vapor by a known per se method, preferably the Lurgi pressure gasification process.
  • the raw gas leaving the gasification reactor is cooled and washed in at least one washer-cooler by means of water and condensate. Subsequently, the raw gas is cooled by indirect heat transfer in a waste heat boiler, wherein the heat extracted from the raw gas is used to generate steam. From the waste heat boiler is the raw gas for further processing, not for Scope of this invention is passed, in which ultimately a purified synthesis gas containing carbon oxides and hydrogen, is recovered
  • the purified condensate is then evaporated by indirect heat transfer in the waste heat boiler.
  • the organic constituents contained in the water vapor thus obtained are essentially converted into water vapor and carbon dioxide by means of a plant for thermal or catalytic afterburning.
  • the water vapor contained in the flue gas of the afterburning is condensed out and the condensate is worked up to a plant for boiler feed water.
  • steps familiar to the person skilled in the art for the treatment of boiler feed water are carried out, for example the thermal and / or chemical degassing of the water and softening and addition of further conditioning agents.
  • the resulting water is added to a steam generator and the resulting vapor is fed as process steam into the gasification reactor. Since a net conversion of the added water with the carbonaceous feed to synthesis gas components occurs in the gasification reactor, it is usually necessary to supply the gasification reactor with an additional steam stream produced from fresh water to meet the steam demand of the gasification reaction.
  • organic constituents such as phenols, and ammonia and sulfur are removed by methods known per se.
  • recoverable materials such as phenols and ammonia, on the other hand, these substances then no longer lead to contamination on the politicians appriser inhabit- in the subsequent evaporation of the condensate in the waste heat boiler.
  • the heat generated in the thermal or catalytic afterburning of the steam is used to generate the process steam., In this way, the consumption of fossil fuel for steam generation can be reduced.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • a solid fuel (2) such as peat, lignite or hard coal, gasified with the addition of oxygen (3) and steam as process steam (4).
  • the raw gas produced leaves the gas generator (1) via line (5) and is introduced into the washing cooler (6), in which it is brought into contact with an aqueous washing liquid. In this case, impurities from the gas are taken up by the washing liquid.
  • the gas condensate and via line (9) the gas in the waste heat boiler (8) is transferred.
  • the waste heat boiler (8) the gas is cooled by indirect heat transfer and vapors, mainly water vapor, are condensed out as so-called gas condensate.
  • Stream (17) represents the separated from the gas condensate substances
  • line (18) the thus purified gas condensate is passed on the shell side into the waste heat boiler and evaporated there by the heat extracted from the gas.
  • the vapor thus obtained is supplied via line (19) to a thermal afterburning and steam generating plant (20), whereby by using a fuel and oxygen (21), organic impurities present in the steam are oxidized.
  • the flue gas formed in the thermal post-combustion (20) is fed via line (22) to a condenser (23) in which the water vapor contained in the flue gas is condensed out.
  • the remaining components of the flue gas are discharged via line (24) to the environment.
  • the condensate water is placed in a boiler feedwater treatment (26).
  • Stream (28) represents the separated from water and discharged from the treatment plant materials.
  • the treated condensate water is from there, via line (29), pipe side in the system for thermal post-combustion (20) and by means of the thermal afterburning won heat evaporated.
  • the steam thus generated is fed via line (4) as process steam to the gas generator (1).
  • the invention thus provides an economical process for the production of synthesis gas by gasification of solid, carbon-containing starting materials, which can be carried out with a particularly low wastewater content.

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Abstract

Verfahren zur Vergasung von festem, kohlenstoffhaltigen Brennstoff, wie Torf, Braunkohle oder Steinkohle, unter Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases und Wasserdampfs, wobei das bei der Wäsche und Kühlung des Rohgases anfallende Gaskondensat auf an sich bekannte Weise gereinigt wird, anschließend im Abhitzekesser verdampft wird, der Dampf durch thermische oder katalytische Nachverbrennung gereinigt wird, der Wasserdampfgehalt des dabei gebildeten Rauchgases auskondensiert und das Kondensatwasser in einer Kesselspeisewasseraufbereitung behandelt und mittels der in der thermischen Nachverbrennung erzeugten Wärme verdampft wird und der Dampf als Prozessdampf der Vergasung der festen Einsatzstoffe zugeführt wird.

Description

Verfahren zur Vergasung von festem, kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff
Gebiet der Erfindung
Bei der Erfindung handelt es sich um ein abwasserarmes Vergasungsverfahren von festem, kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, wie Torf, Braunkohle oder Steinkohle zu Synthe- segas unter Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases und von Wasserdampf. Der Begriff Synthesegas soll hier Gas sowohl für z.B. die Ammoniak-, Methanol-, Oxo- oder Fischer Tropsch-Synthese, als auch für die Verwendung als Brennstoff für Gasturbinen oder als Stadt- oder Ferngas umfassen. Stand der Technik
Verfahren zur Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen sind bekannt. Dazu gehört z.B. das Lurgi-Druckvergasungsverfahren, das im LURGI HANDBUCH, Kap. 2.1 , Ausgabe 1970, Lurgi Gesellschaften, Frankfurt am Main, grundsätzlich beschrieben ist.
Ein wichtiger Teilaspekt dieser Verfahren ist die Behandlung des bei der Kühlung und Wäsche des erzeugten Rohgases erhaltenen wässrigen und kohlenwasserstoffreichen Kondensats. In Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1974), Band 14, Kap. 6 ist die Behandlung dieses Kondensats grundsätzlich beschrieben. Die wesentlichen Behandlungsschritte bestehen darin, zunächst suspendierte Feststoffe, wie Ruß, Kohle und Asche und emulgierte Teere und öle, aus dem Kondensat zu entfernen. Daran anschließend wird das Kondensat entphenolt und darauf erfolgt die Ent- fernung von Ammoniak und Schwefel. Das so gereinigte Kondensat wird dann in einer biologischen Kläranlage soweit gereinigt, dass es als Abwasser entsorgt oder, wie in DE 10 2007 035 301 A1 beschrieben, als Kühlturmwasserverwendet werden kann.
Nachteilig am bisherigen Stand der Technik ist, dass bei der Behandlung des Konden- sats stets Abwasser entsteht, das aus dem Vergasungsprozess ausgeschleust werden muß, und das trotz der erwähnten Reinigungsbehandlungen oft noch Verunreinigungen enthält, die bei der Entsorgung oder Verwendung zur Beeinträchtigung der Umwelt und/oder z.B. des Kühlturmbetriebs führen können. Es bestand daher die Aufgabe, ein Vergasungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet.
Beschreibung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird im Wesentlichen gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Menge des aus dem Vergasungsprozesses auszuschleusenden Abwassers dadurch reduziert wird, dass das aus der Kühlung und Wäsche des Rohgases stammende Kondensat zu min- dest zum Teil als Prozessgas in den Vergasungsreaktor eingespeist wird. Im Extremfall resultiert dabei ein vollständig abwasserfreies Vergasungsverfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Vergasungsreaktor wird nach einem an sich bekannten Verfahren, bevorzugt dem Lurgi-Druckvergasungsverfahren, fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoff, wie Torf, Braunkohle oder Steinkohle, unter Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases und von Wasserdampf vergast.
Das aus dem Vergasungsreaktor austretende Rohgas wird in mindestens einem Waschkühler mittels Wasser und unter Erzeugung eines Kondensats gekühlt und gewaschen. Anschließend wird das Rohgas durch indirekte Wärmeübertragung in einem Abhitzekessel gekühlt, wobei die dem Rohgas entzogene Wärme zur Dampferzeugung genutzt wird. Aus dem Abhitzekessel wird das Rohgas zur Weiterverarbeitung, die nicht zum Umfang dieser Erfindung gehört, weitergeleitet, wobei letztlich ein gereinigtes Synthesegas, enthaltend Kohlenoxide und Wasserstoff, gewonnen wird
Aus dem bei der Kühlung und Wäsche des Rohgases entstandenen Kondensat werden darin enthaltene suspendierte Feststoffe und emulgierte Teere und Öle abgetrennt. In den meisten Fällen erfolgt die Abtrennung durch Schwer- oder Zentrifugalkraft, grundsätzlich können auch Sieb- oder Filterverfahren eingesetzt werden.
Das gereinigte Kondensat wird dann durch indirekte Wärmeübertragung im Abhitzekessel verdampft. Die in dem so erhaltenen Wasserdampf enthaltenen organischen Be- standteile werden mittels einer Anlage zur thermischen oder katalytischen Nachverbrennung im Wesentlichen in Wasserdampf und Kohlendioxid umgewandelt.
Der im Rauchgas der Nachverbrennung enthaltene Wasserdampf wird auskondensiert und das Kondensat wird einer Anlage zu Kesselspeisewasser aufgearbeitet. Hierbei werden dem Fachmann geläufige Schritte zur Aufbereitung von Kesselspeisewasser durchlaufe, also beispielsweise die thermische und/oder chemische Entgasung des Wassers sowie Enthärtung und Zugabe weiterer Konditionierungsmittel. Das dabei erhaltene Wasser wird in einen Dampferzeuger gegeben und der erhaltene Dampf wird als Prozessdampf in den Vergasungsreaktor eingespeist. Da im Vergasungsreaktor ein Nettoumsatz des zugegebenen Wassers mit dem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff zu Synthesegasbestandteilen erfolgt, ist es in der Regel notwendig, dem Vergasungsreaktor einen zusätzlichen, aus Frischwasser hergestellten Dampfstrom zuzuführen, um den Dampfbedarf der Vergasungsreaktion zu decken. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden aus dem Kondensat, nachdem Feststoffe, Teere und Öle abgetrennt wurden, organische Bestandteile, wie Phenole, sowie Ammoniak und Schwefel mit an sich bekannten Verfahren entfernt. Dadurch werden einerseits Wertstoffe, wie Phenole und Ammoniak gewonnen, andererseits führen diese Stoffen dann nicht mehr zu Verunreinigungen an den Wärmetauscherflächen- bei der nachfolgenden Verdampfung des Kondensats im Abhitzekessel. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die bei der thermischen oder katalytischen Nachverbrennung des Dampfes erzeugte Wärme zur Erzeugung des Prozessdampfes genutzt., Auf diese Weise kann der Verbrauch an fossilem Brennstoff für die Dampferzeugung reduziert werden.
Ausführungsbeispiele
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Gaserzeuger (1 ) wird ein fester Brennstoff (2), wie Torf, Braunkohle oder Steinkohle, unter Zugabe von Sauerstoff (3) und Wasserdampf als Prozessdampf (4) vergast. Das produzierte Rohgas verlässt über Leitung (5) den Gaserzeuger (1 ) und wird in den Waschkühler (6) eingeführt, in dem es mit einer wässrigen Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Dabei werden Verunreinigungen aus dem Gas von der Waschflüssigkeit aufgenommen. Über Leitung (7) wird das Gaskondensat und über Leitung (9) das Gas in den Abhitzekessel (8) überführt. Im Abhitzekessel (8) wird das Gas durch indirekte Wärmeübertragung gekühlt und Dämpfe, hauptsächlich Wasserdampf, werden als sogenanntes Gaskondensat auskondensiert. Über Leitung (10) wird ein Teil des Gaskondensats zum Waschkühler (6) zurückgeführt. Über Leitung (11 ) verlässt das Gas den Abhitzekessel (8), passiert einen weiteren Kondensator (12) und wird über Leitung (13) zur weiteren Verwendung abgeführt. Über die Leitungen (14) und (15) wird das jeweils im Abhitzekessel (8) und im Kondensator (12) gebildete Gaskondensat in die Aufarbeitung (16) überführt. Dort werden zunächst suspendierte Feststoffe, wie Ruß, Kohle, Asche und emulgierte Teere und Öle mechanisch entfernt. Dann werden gelöste orga- nische Stoffe, wie Phenole, durch Extraktion oder Adsorption und daran anschließend flüchtige Bestandteile, wie NH3, C02, H2S und HCN durch Destillation aus dem Gaskondensat abgetrennt. Stoffstrom (17) stellt die aus dem Gaskondensat abgetrennten Stoffe dar. Über Leitung (18) wird das so gereinigte Gaskondensat mantelseitig in den Abhitzekessel geleitet und dort durch die dem Gas entzogene Wärme verdampft. Der dadurch erhaltenen Dampf wird über Leitung (19) einer Anlage zur thermischen Nachverbrennung und Dampferzeugung (20) zugeführt, wobei durch Verwendung eines Brennstoffs und Sauerstoffs (21 ), im Dampf vorhandene organische Verunreinigungen oxidiert werden. Das in der thermischen Nachverbrennung (20) entstandenen Rauchgas wird über Leitung (22) einem Kondensator (23) zugeführt, in dem der im Rauchgas enthaltenen Wasserdampf auskondensiert wird. Die restlichen Bestandteile des Rauchgases werden über Leitung (24) an die Umwelt abgegeben. Über Leitung (25) wird das Kondensatwasser in eine Kesselspeisewasseraufbereitung (26) gegeben. Über Strom (27) werden der Anlage , falls benötigt, Frischwasser und für den Aufbereitungsprozess notwendige Zuschlagsstoffe zugeführt. Strom (28) stellt die aus Wasser abgetrennten und aus der Aufbereitungsanlage abgeführten Stoffe dar. Das aufbereitete Kondensatwasser wird von dort, über Leitung (29), rohrseitig in die Anlage zur thermischen Nach- Verbrennung (20) gegeben und mittels der durch die thermische Nachverbrennung gewonnen Wärme verdampft. Der so erzeugte Dampf wird über Leitung (4) als Prozessdampf dem Gaserzeuger (1 ) zugeführt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Mit der Erfindung wird somit ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung fester, kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe zur Verfügung gestellt, das besonders abwasserarm durchgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste
(1 ) Gaserzeuger
(2) fester Brennstoff
(3) Sauerstoff
(4) Prozessdampf
(5) Rohgas (Leitung)
(6) Waschkühler
(7) Gaskondensat (Leitung)
(8) Abhitzekessel
(9) im Waschkühler behandeltes Gas (Leitung)
(10) rückgeführtes Gaskondensat (Leitung)
(11) Gas (Leitung)
(12) Kondensator
(13) Gebrauchsfertiges Gas (Leitung)
(14) Gaskondensat (Leitung)
(15) Gaskondensat (Leitung)
(16) Aufarbeitung des Gaskondensats
(17) abgetrennte Verunreinigungen und Nebenprodukte
(18) aufgearbeitetes Gaskondensat (Leitung)
(19) verdampftes Gaskondensat(Leitung)
(20) Anlage zur thermischen Nachverbrennung und Dampferzeugung
(21 ) Brennstoff und Sauerstoff
(22) Rauchgas (Leitung)
(23) Kondensator
(24) Rauchgas zur Abgabe an die Umwelt (Leitung)
(25) Kondensatwasser (Leitung)
(26) Kesselspeisewasseraufbereitung
(27) Frischwasser und Zuschlagsstoffe
(28) abgeführte Stoffe
(29) aufbereitetes Kondensatwasser (Leitung)

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, enthaltend Kohlenoxide und Wasserstoff, durch Vergasung von festem, kohlenstoffhaltigem Einsatzstoffunter Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases und von Wasserdampf als Vergasungsmittel, umfassend folgende Verfahrensschritte:
a) Vergasung des Einsatzstoffs in einem Vergasungsreaktor, wobei ein Synthesegas-Rohgasstrom erhalten wird,
b) Kühlung und Wäsche des aus dem Vergasungsreaktor austretenden Synthesegas-Rohgases in mindestens einem Waschkühler mittels Wasser unter Erzeugung eines ersten Kondensats,
c) Kühlung des Synthesegas-Rohgases durch indirekten Wärmetausch verbunden mit der Erzeugung von Wasserdampf in mindestens einem Abhitzekessel und Weiterleitung des Synthesegas-Rohgases zur Weiterverarbeitung,
d) Abtrennung von suspendierten Feststoffen und emulgierten Teeren und Ölen aus dem in Verfahrensschritt b) gewonnenen ersten Kondensats, wobei ein zweites, gereinigtes Kondensat erhalten wird,
e) Verdampfen des zweiten Kondensats aus Verfahrensschritt d) und Zuführen des erhaltenen Dampfes zu einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung, f) Auskondensieren des Wasserdampfs aus dem Rauchgas der Nachverbrennung, wobei ein drittes, von organischen Verunreinigungen befreites Kondensat erhalten wird,
g) Aufarbeitung des dritten Kondensats zu Kesselspeisewasser,
h) Verdampfen des Kesselspeisewassers unter Gewinnung von Wasserdampf , i) Einspeisung des Wasserdampfs in den in Stufe a) genannten Vergasungsreaktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kondensat, nach der Behandlung in Verfahrensstufe d), bevor es der Stufe e) zugeführt wird, gelöste Nebenprodukte, wie Phenole, andere organische Komponenten und/oder Ammoniak, abgetrennt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Nachverbrennung produzierte Wärme in Verfahrensschritt h) zur Wasserdampferzeugung genutzt wird.
PCT/EP2012/000270 2011-05-02 2012-01-21 Verfahren zur vergasung von festem, kohlenstoffhaltigem einsatzstoff Ceased WO2012149988A1 (de)

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