Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Ausschleusung des bei dem Betrieb einer Entstaubungsanlage für Rohgas anfallenden Staubes der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.

Die thermische Vergasung fester Brennstoff, wie beispielsweise unterschiedlichster Kohlen, Torf, Hydrierrückstände, Reststoffe, Abfälle, Biomassen und Flugstaub oder einer Mischung aus den genannten Stoffen, wird unter erhöhtem Druck und hoher Temperatur durchgeführt mit dem Ziel, ein Rohgas mit hohem Energieinhalt und/oder mit einer für weitere chemische Synthesen günstigen Zusammensetzung zu erzeugen. Das Rohgas ist mit Flugstaub beladen, der seinen Ursprung im Aschegehalt des zugeführten Brennstoffes hat. Der Flugstaub liegt in Form von Partikeln vor, die vor einer weiteren Nutzung abgeschieden und aus dem Druckraum ausgeschleust werden müssen. Bei einer trockenen Abscheidung, beispielsweise im Zyklon oder in einem Filter, fällt der in der Regel sehr feinkörnige Feststoff als Schüttung an, bevor er aus dem Druckraum ausgeschleust wird. Naturgemäß befindet sich im Lückenvolumen der Partikelschüttung Gas, hier Rohgas, das mit dem Festoff ausgeschleust wird und das vor einer weiteren Verwendung oder Entsorgung der Asche entfernt werden muss.

Nach Abscheidung der Flugasche aus dem Rohgas wird diese zunächst über einen bestimmtn Zeitraum gesammelt, bevor diese Charge ausgeschleust wird. Dabei wird die Charge üblicherweise aus dem Zwischenspeicher in einen Schleusbehälter übergeben, der sich zu diesem Zeitpunkt noch auf dem gleichen hohen Druckniveau befindet. Der Schleusbehälter wird anschließend abgekoppelt und auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt. Die sich im Schleusbehälter befindende Asche wird zur weiteren Behandlung, Entsorgung und/ oder Lagerung abtransportiert. Nach Entleerung der Flugasche wird der leere Schleusbehälter wieder durch Gaszufuhr auf Systemdruck gebracht und an den Zwischenspeicher angekoppelt, um die nächste gesammelte Charge Flugasche aufzunehmen.

Mögliche konstruktive Ausführungen derartiger Filterapparate und die Anordnung der Filterelemente darin zur Staubabscheidung aus dem Rohgas einer Druckvergasungsanlage sind beispielsweise in der DE 40 08 742, der DE 35 15 365 oder in der US 7 182 799 beschrieben.

Zur kontinuierlichen Filterung des Rohgasstromes ist es erforderlich, die Filterelemente von Zeit zu Zeit durch eine kurze Rückspülung zu reinigen und so vom rohgasseitig aufgebauten Filterkuchen zu befreien. Dazu muss das Abrei- nigungsgas auf einem Druckniveau oberhalb des Filterdruckes zur Verfügung stehen, so dass ein kurzzeitiger Gasstrom mit einem geforderten Impuls erzielt werden kann.

Üblicherweie werden in Vergasungsanlagen die Bespannung des Schleusbehälters und auch die Abreinigung der Filterelemente mit Stickstoff durchgeführt, der in ausreichendem Maße aus der Luftzerlegungsanlage zur Verfügung steht. Die Verwendung von Stickstoff ist erprobt und weitestgehend ausgereift. Ist das Ziel der Vergasungsanlage die Herstellung eines Synthesegases zur nachfolgenden Durchführung verschiedener chemischer Synthesen, so ist der Stickstoffanteil im Synthesegas äußerst unerwünscht und zudem meist auf Grenzwerte beschränkt, die abhängig von der jeweiligen Synthese sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ausschleusung des anfallenden Staubes so auszubilden, dass ein Stickstoffeintrag in das Rohgas minimiert bzw. vollständig vermieden wird, um nachfolgende chemische Synthesen möglichst von vornherein von einem Stickstoffeintrag zu befreien.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass im Staubabscheider Filterelemente positioniert sind, die mittels eines kohlendioxidhaltigen Gases oder reinem CO ₂ -GaS rückgespült werden.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird erkennbar erreicht, dass beim Abreinigen des Staubabscheiders bzw. Rückspülen der Filterelemente kein zusätzlicher Stickstoff in das System eingebracht wird, vielmehr das ohnehin anfallende CO ₂ für diese Vorgehensweise eingesetzt.

Im kohlendioxidhaltigen Gas sollte der Anteil von Inertgasen (wie z.B. N ₂ , Ar) und von Kohlenwasserstoff (wie z.B. CH ₄ , C _x H _y ) zusammen < 50 % sein. Der Rest besteht aus CO ₂ und kann ggf. auch Synthesegaskomponeten (CO, H ₂ ) etc. enthalten.

Grundsätzlich ist es bekannt, bei einer Kohlenstaubdruckvergasung als Inertisierungs- und Fördermedium im Eintragungssystem CO ₂ einzusetzen, wie in der DE 10 2007 020 333 Al beschrieben.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das C0 ₂ -haltige Rückspülgas vorgewärmt wird, um die zwangsläufig bei EntspannungsVorgängen, wie Regelung, Behälterbespannung, Zufuhr von Kohlendioxid auf niedrigem Druck u. dgl . , auftretenden Temperaturabsenkungen des Kohlendioxides zu kompensieren, um damit einen sicheren Betrieb zu ermöglichen.

Dabei wird erfindungsgemäß das Kohlendioxid zur Rückspülung auf ein Temperaturniveau angehoben, derart, dass die geforderte Temperatur an den Filterelementen eingehalten wird.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass das CO ₂ -haltige Rückspülgas zur Fluidisierung und Auflockerung der Flugaschenschüttung im Staubabscheider eingesetzt wird. Eine derartige Fluidisierung bzw. Auflockerung kann zweckmäßig sein, da die mittleren Partikeldurchmesser sehr gering sind, beispielsweise < als 2 μm. Der Einsatz von CO ₂ - haltigem Gas oder reinem CO ₂ als Auflockerungsgas hat den Vorteil, dass nur diese Gasbestandteile in das Rohgas gelangen. Da auch erfindungsgemäß das CO ₂ -haltige Rückspülgas zur Bespannung des Schleusbehälters eingesetzt wird, gelangt dieser Bestandteil in das Rohgas während die Asche in den Schleusbehälter gelangt und dort den Teil im Schleusbehälter vorhandenen Gases austreibt, das dann in das Rohgas zurückströmt .

Neben der Vermeidung des Stickstoffeintrages in das Rohgas liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass zur Abreinigung der Filterelemente geringere Volumenströme notwendig sind als im Vergleich zu Stickstoff, da zur Ausübung bestimmter Impulse zur Reinigung der Filterelemente geringere Kohlendioxidmengen notwendig sind aufgrund der höheren Dichte des Kohlendioxides, so dass bei geringeren Mengen auch geringere Kompressorleistungen notwendig werden.

Zweckmäßig können zur Beheizung des CO ₂ -haltigen Gases Zufuhrleitungen eingesetzt werden, die außenbeheizt sind. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das aus dem Schleusbehälter abgeführte Gas einer Ent- staubungseinrichtung zugeführt wird.

Ein derart entstaubtes Gas aus dem Schleusbehälter kann erfindungsgemäß einem Zwischenpuffer zugeführt werden und teilweise als Gas zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahrensschritte dann eingesetzt werden, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung und des zitierten Beispieles.

In der einzigen Figur ist ein Anlagenschaltbild vereinfacht wiedergegeben, wobei Rohgas gemäß Pfeil 1 dem Filter bzw. Staubabscheider 2 zugeführt wird. Das entstaubte Rohgas verlässt den Staubabscheider 2 gemäß Pfeil 3 nach Durchgang durch die allgemein mit 4 bezeichneten Filterelemente.

Im Sammelraum 5 des Staubabscheiders 2 sammelt sich der an den Filtern anhaftende und von diesen freigespülte Staub in einem Austragbereich, der mit Fluidisierungseinrichtungen 7 ausgestattet ist, um den Staub zum weiteren Transport zu lockern, wozu CO ₂ oder CO ₂ -haltiges Gas gemäß Leitung 6 diesen Fluidierungsvorrichtungen zugeführt wird. Der Staub wird dann über die Verbindungsleitung 8 in einen Schleusbehälter 9 geleitet, der wiederum mit Fluidisierungsvorrich- tungen 11 im Ausgangsbereich bestückt ist, die mittels CO ₂ bzw. mittels CO ₂ -haltigem Gas, Leitung 10, betrieben werden.

Das Gas aus dem Gasdom des Schleusbehälters 9 wird mittels Ausgleichleitung 12 in den Gasraum des Staubabscheiders 2 zurückgeführt . Zum Abreinigen der Filterelemente 4 ist eine Gaszufuhrleitung 13 für CO ₂ oder CO ₂ -haltiges Gas vorgesehen, die über die RückspülIeitungen 14 die Filterelemente ggf. stoß- oder impulsweise beaufschlagen.

Neben der Ausgleichleitung 12 ist eine weitere Leitung 15 aus dem Gasdom des Schleusbehälters 9 vorgesehen, die ein Filterelement 17 beaufschlagt. Von hier aus kann über die Leitung 18 ein Pufferbehälter 21 beaufschlagt werden, dessen Gas ggf. über eine Recycleleitung 19 dem Ausgleichbehälter 9 beaufschlagt oder aber über eine Leitung 20 als entspanntes Gas gemäß Leitung 22 in die Umwelt oder zur weiteren Verwendung abgeleitet wird.

Das Aufdrücken oder das teilweise Aufdrücken des Schleusbehälters 9 kann auch vorteilhaft rückwärts durch den Filter 17 erfolgen (nicht dargestellt) . Dazu ist das Ventil zur Leitung 18 (wie generell beim Aufdrücken) geschlossen. Rückspülgas, das beispielsweise zur Versorgung von 6 und 10 verwendet wird, wird zur Abreinigung des Filters 17 eingesetzt, wobei das Gas dann durch die Leitung 15 zur Bespannung des Schleusbehälters gelangt .

Die Austragleitung für den Staub ist mit 16 bezeichnet, über die nach Druckausgleich der Staub entsorgt werden kann.

Die Funktionsweise der Anlage wird anhand eines filternden Abscheiders nachstehend erläutert. Es werden jedoch alle Abscheiderarten, die eine zyklische oder gelegentliche Abreinigung mit einem Gas erfordern, mit dieser Erfindung erfasst :

Das die Flugasche enthaltende unter Druck stehende Rohgas wird in den Filter 2 geführt. Man erhält dabei ein ent- staubtes Synthesegas 3 und Flugasche, wobei letztere im Sammelraum 5 temporär gespeichert wird. Der Sammelraum 5 ist durch eine konische Form gekennzeichnet, die in der Verbindungsleitung 8 zum Schleusbehälter 9 mündet. Im konischen Bereich des Sammelraumes sind Fluidisier- oder Auflockerungsvorrichtungen 7 nach dem Stand der Technik vorgesehen, um den Austrag der Asche in den Schleusbehälter zu ermöglichen. Die Fluidisier- oder Auflockerungsvorrichtungen 7 werden mit gasförmigem Kohlendioxid 6 betrieben. Der Sammelraum 5 kann geometrisch sowohl in das Behälterunterteil des Filtergehäuses integriert sein oder aus einem separaten ständig mit dem Filter verbundenem Behälter bestehen. Im letzteren Fall ist das Unterteil des Filtergehäuses ebenfalls mit Fluidisier- und Auflockerungsvorrichtungen versehen, um den Transport der Flugasche in den Sammelraum zu unterstützen. Im ersten Fall, in dem Sammelraum und Filtergehäuse eine geometrische Einheit bilden ist es in der Regel ausreichend im Unterteil im oder in der Nähe des konischen Bereichs Fluidisier- und AuflockerungsVorrichtungen vorzusehen.

Soll die Flugasche aus dem Sammelraum 5 in den Schleusbehälter 9 übergeben werden, wird Auflockerungsgas zugegeben und die Verbindungsleitung 8 geöffnet. Der Schleusbehälter befindet sich dazu auf gleichem Druckniveau wie Filter 2 und Sammelraum 5. Damit das durch die in den Schleusbehälter geführte Asche verdrängte Gas entweichen kann, ist es vorteilhaft, eine Ausgleichleitung 12 mit dem Filter 2 oder dem Sammelraum vorzusehen. Die Ausgleichleitung 12 kann zur Abfuhr des verdrängten Gases auch zu einem anderen Ziel, wie z.B. einem anderen Behälter, einem anderem Filter etc., geführt werden.

Prinzipiell hat es sich allerdings als vorteilhaft erwiesen das verdrängte Gas in den feststoffsendenden Behälter zu- rückzuführen. Das im sendenden Behälter durch den auslaufenden Feststoff freiwerdende Volumen muss um eine Druckhaltung zu erreichen mit Gas ersetzt werden. Im erfindungs- gemäßen Einsatz von Kohlendioxid als Auflockerungsgas und als Füllgas des Schleusbehälters ist eine Rückführung des im Schleusbehälter 9 verdrängten Gases vorteilhaft, weil sich im Lückenvolumen der Flugascheschüttung im Sammelraum 5 zwangsläufig Rohgasanteile befinden. Diese werden bei Übergabe der Flugasche in den Schleusbehälter mit transportiert und vermischen sich dort zumindest teilweise mit dem verdrängten Gas, so dass dies Anteile von Rohgas enthält, die über die Ausgleichleitung teilweise wieder in den Rohgasraum des Filters 2 und des Sammelraumes 5 zurück gelangen.

Wie bei allen filternden Staubabscheidern baut sich im Laufe der Reinigung des Rohgases auf den Filterelementen ein Staubkuchen auf. Erreicht dieser eine vorgegebene Stärke, definiert über den Druckverlust, der entsprechend der Filterkuchenschichtdicke ansteigt, wird eine Abreinigung der Filterelemente 4 durch Rückspülung durchgeführt. Die Filterelemente 4 können dabei einzeln oder in Gruppen mit einem Rückspülgas 13, 14 beaufschlagt werden. Dieses strömt entgegen der Filterrichtung durch die Filterelemente 4 und sorgt mit einem entsprechenden Impuls für die Ablösung des Filterkuchens .

Ist die Übergabe der Flugasche in den Schleusbehälter erfolgt, werden Ausgleichleitung 12 und Verbindungsleitung 8 verschlossen und vom Filter und Sammelraum entkoppelt. Der gefüllte Schleusbehälter 9 wird auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt, das ausreichend ist, um die weiteren Verfahrensschritte durchführen zu können, das Entspannungsgas wird abgeführt 15. Ein Teil des entspannten Gases 15 wird über einen Filter 17 in einem Pufferbehälter 21 zwischen- gespeichert. Der Rest des Entspannungsgases 20 wird abgeführt .

Die Verwendung mindestens eines Pufferbehälters 21 ist besonders vorteilhaft, weil dadurch ein Teil des aus der Schleuse 9 entspannten Gases 18 wieder zur teilweisen Bespannung 19 der Schleuse nach der Entleerung verwendet werden kann. Dadurch wird die abzuführende Gasmenge, bestehend aus kohlendioxidhaltigern Gas und Rohgasbestandteilen, reduziert.

Ein weiterer Vorteil des Pufferbehälters ist Vergleichmäßigung der Entspannungsgasmengen. Bei der klassischen Vorgehensweise der BehälterentSpannung tritt zu Beginn der höchste Massenstrom auf, der mit abnehmendem Behälterdruck kleiner wird. Da sich in dem zu entspannenden Gas, wie beschrieben, zwangsläufig geringe Mengen von Rohgasbestandteilen befinden, muss das Entspannungsgas einer geeigneten Verwendung oder Entsorgung zugeführt werden. In der Praxis wird diese Art Gas meist einer Verbrennung zugeführt. Durch den Pufferbehälter gelingt es, die abgeführte Gasmenge nach und nach zu vergleichmäßigen, was einen optimierten Betrieb der Verbrennungsvorrichtung ermöglicht.

Die Flugasche wird aus dem Schleusbehälter 9 zur weiteren Handhabung übergeben 16. Dazu befinden sich im Auslaufbe- reich des Schleusbehälters 9 ebenso wie im Sammelraum 5 Fluidisier- und Auflockerungsvorrichtungen 11, um die Übergabe der Flugasche zu erleichtern. Die Auflockerung und Fluidisierung erfolgt mit Kohlendioxid 10. Nachdem der Schleusbehälter entleert ist muss er wieder auf das Druckniveau des Filters 2 und des Sammelraumes 5 gebracht werden, um die nächste im Sammelraum 5 gespeicherte Charge Flugasche aufnehmen zu können. Mit Hilfe des im Pufferbehälter 21 gespeicherten Gases 19 wird der Schleusbehälter teilweise bespannt. Das Aufdrücken des Schleusbehälters auf den erforderlichen Betriebsdruck erfolgt durch weitere Zugabe von Kohlendioxid 10 zum Beispiel über die Fluidisier- und Auflockerungsvorrichtungen 11 des Schleusbehälters 9 oder über zusätzliche Zufuhrvorrichtungen, wie zum Beispiel die, die für die Zufuhr des gespeicherten Gases 19 vorgesehen ist.

Die weiteren Verfahrensschritte denen die Flugasche unterzogen wird, können beispielsweise die Rückführung in den Vergasungsprozess oder die Aufbereitung für eine Lagerung oder Entsorgung sein. Im letzteren Fall ist dafür Sorge zu tragen, dass die sich zwangsläufig noch im Lückenvolumen der Flugascheschüttung befindenden Rohgaskomponenten entfernt werden. Dazu werden beispielsweise in der US 4,838,898 A und in der US 2007/0084117 Al Verfahren beschrieben, welche die aus einem Synthesegas abgeschiedene Flugasche in mehreren Verfahrensschritten von den restlichen Rohgasbestandteilen befreien.

Beispiel :

Die isenthalpe Entspannung von Kohlendioxid, wie sie beispielsweise in Ventilen, Reduzierelementen oder Lochscheiben auftritt, hat im Falle des Kohlendioxids eine deutliche Temperaturabsenkung zur Folge .

Zum Beispiel wird Kohlendioxid von Zustand 1 mit pl = 50 bar und Tl = 150 ⁰ C auf Zustand 2 mit p2 = 2 bar entspannt, ergibt sich eine Temperatur von T2 = 126, 7°C. Bei Verwendung von Stickstoff wäre bei ansonsten gleicher Zustande- änderung die Temperatur T2(N2) = 146, 4°C. Um hier eine Temperatur von 150 ⁰ C zu gewährleisten, muss das Kohlendioxid bei pl = 50 bar auf rund 170 ⁰ C vorgewärmt werden. Würde man eine Temperatur Tl = 80 ⁰ C ansetzen, würde sich bei anson- - li ¬

sten gleicher Entspannung eine Temperatur T2 = 40,7 ⁰ C einstellen, die im Falle von Stickstoff T2(N2) = 73, 6 ⁰ C betragen würde .

Obiges Beispiel ist aus dem Bereich typischer Betriebsparameter gewählt, wie sie beim Bespannen des Schleusbehälters auftreten.

Die Beispiele verdeutlichen, dass bei Einsatz von Kohlendioxid im Vergleich zu Stickstoff die Temperatur des eingesetzten Kohlendioxids durch Vorwärmung angepasst werden muss, um den Abkühlungseffekt bei der Drosselung zu kompensieren. Dies ist erforderlich, um die geforderten Prozess- temperaturen einhalten zu können und um die zulässigen Temperaturgradienten beispielsweise über den Filterelementen und den AuflockerungsVorrichtungen nicht zu überschreiten.

Erfindungsgemäß wird das zur Abreinigung der Filterelemente verwendete Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltige Gas soweit vorgewärmt, dass es nach Entspannung auf Betriebsdruck (des Filters) eine Temperatur hat, die oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet liegt. Gleichzeitig sollte vorteilhafterweise das Kohlendioxid oder das kohlendioxidhaltige Gas nach der Entspannung eine Temperatur aufweisen, die oberhalb der Kondensationstemperatur der Rohgaskomponenten liegt .

Gleiche Anforderungen gelten im Bereich der Fluidisier- und Auflockerungselemente, zu deren Betrieb das verwendete Kohlendioxid oder kohlendioxidhaltige Gas entspannt werden muss . Ebenso muss die Vorheizung des Kohlendioxids oder des kohlendioxidhaltigen Gases soweit erfolgen, dass dessen Temperatur zur und während der Bespannung des Schleusbehälters oberhalb der Grenze zum Zweiphasengebiet liegt. Bezugszeichβnliste :

1 Rohgas

2 Filter, Staubabscheider

3 Entstaubtes Rohgas

4 Filterelemente

5 Sammelraum

6 Eintragsleitung für CO ₂ oder CO ₂ -haltiges Gas

7 Fluidisiervorrichtung

8 Verbindungsleitung

9 Schleusbehälter

10 Eintragsleitung für CO ₂ oder CO ₂ -haltiges Gas

11 Fluidisiervorrichtung

12 Ausgleichleitung

13 GaszufuhrIeitung

14 Rückspülleitungen

15 Entspannungsgasleitung

16 Austragsleitung

17 Entspannungsgasfilter

18 Entspanntes Gas

19 Recyclegas

20 Entspanntes Gas

21 Pufferbehälter

22 Entspanntes Gas