Quench für eine Kohlevergasungsanlage

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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:

[0009] 

[0010] Wasserbedarf für Eindüsung :

Abkühlung des Rohgases von 1400 °C auf 70U °C:

Wärmebedarf für Erwärmung, Verdampfung und Oberhitzung des eingedüsten Wassers (100 °C):

Einzudüsende Wassermenge:

Gasvolumen Austritt Strahlungskühler:

feucht

Wasserdampfpartialdruck: 15,0 bar

Taupunkttemperatur: 200 °C

[0011] Tropfengröße:

Für die Eindüsung kommen Druckdrüsen in Frage, mit denen abhängig vom Vordruck und Bohrungsdurchmesser Tropfengrößen ≤ 700 µ erreicht werden, _z._B.

Der Einsatz mehrerer Düsen bietet den Vorteil hönerer Flexibilität, da bei Teillast eine entsprechende Zahl von Düsen abgeschaltet werden kann.

[0012] Ein Optimum liegt bei 3 bis 4 Düsen, die gleichmäßig verteilt den aus dem Reaktor auszutretenden Gasstrom umgeben.

[0013] Verdampfungszeit:

Fur die Verdampfung eines kugelförmigen Wassertropfens in einem heißen Gas gilt

[0014] Bei geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen Tropfen und Gas (Re«1), das heißt unter ungünstigen Bedingungen ist

Für die Gasphase um den Tropfen gilt

mit

T₁ = Temperatur Gas

T₂ = Temperatur Tropfen

[0015] Die Gastemperatur T₁ ist abhängig von der bereits erfolgten Abkühlung, in jedem Fall ist aber T₁>700°C.

[0016] Die Verdampfung des Tropfens erfolgt abhängig von der bereits eingedüsten und verdampften Wassermenge bei T₂<100°C.

[0017] Aus(Z) und (3) folgt für die.an den Wassertropfen je Zeit - einheit übertragene Wärme

mit

Für Erwärmung und Verdampfung des Tropfens sind aufzubringen: (Verdampfungste mperatur 200°C)

Die Masse des einzelnen Tropfen ist

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] Die sich an die erste Quenchstufe anschließende zweite Quenchstufe kann beliebiger Art sein.

Ansprüche

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.

Zeichnung