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 NH ₃ , C0 ₂ , H ₂ S 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)