Die Erfindung betrifft ein Druckfiltrationssystem zur

Reinigung von Restquenchwasser aus einer kohlenstoffhaltigen Brennstoffe unter erhöhtem Druck vergasenden

Vergasungseinrichtung .

Das bei der Flugstromvergasung anfallende überschüssige

Restquenchwasser wird bei heutigen Vergasungsprozessen im Rußwasserentspannungssystem in einer ein- bis mehrstufigen Entspannung vom Vergasungsdruck, der zwischen 2 und 5 MPa (20 und 50 bar) liegen kann, auf einen Druck unterhalb des

Umgebungsdruckes gebracht und dabei üblicherweise zuerst auf ca. 100 - 110 °C und danach auf ca. 50 - 80 °C gekühlt. Dabei wird in der ersten Stufe das unter Druck stehende Rußwasser auf etwa Umgebungsdruck mittels spezieller Regelventile entspannt. Das entstehende Brüdendampf - Flüssigkeitsgemisch wird in einem Abscheidebehälter voneinander getrennt, ehe die Flüssigphase in gleicher Weise einem zweiten

Entspannungsbehälter zugeführt wird, in dem die Entspannung in den Vakuumbereich hinein erfolgt. Die hier abgeschiedene Flüssigphase wird in der nachfolgenden Rußwasseraufbereitung mit Flockungshilfsmittel versetzt, um im nachgeschalteten Eindicker/Lamellenklärer die Feststoffabtrennung zu fördern. Der hier mit Feststoff angereicherte Unterlauf (Schlamm) gelangt zu einer weiteren Entwässerungsstufe. Klarlauf vom Eindicker/Lamellenklärer und das Filtrat dieser

Entwässerungsstufe (z.B. Pressfiltration) werden gepuffert und dem Vergasungsprozess als Kreislaufwasser über

entsprechende Hochdruckpumpen zurückgeleitet.

Nur durch die beschriebene zweistufige Entspannung kann das feststoffbeladene Rußwasser ohne Kontakt zu

Wärmeübertragerflächen in notwendiger Weise gekühlt und gleichzeitig drucklos der eingesetzten robusten

Feststoffabtrennungsstufe, die aus einem Eindicker/Lamellenklärer und einer weiteren

Entwässerungsstufe besteht, zugeführt werden.

Da das so gereinigte Rußwasser nahezu an die gleiche Stelle im Prozess zurückgeführt wird, muss das entspannte und gekühlte Wasser wieder auf den entsprechenden Vergasungsdruck gebracht und, wenn möglich, auch erhitzt werden. Das führt aber auf Grund des verschobenen Kalk-Kohlensäureverhältnisses in der entspannten Flüssigkeit und der pH-Werte > 8 zur

Bildung von Karbonaten und damit fest haftender Ablagerungen und Aufschichtungen besonders an den Wärmeübertragerflächen. Mit der nur teilweisen oder der fehlenden Aufwärmung des zurückgeführten Rußwassers sinkt die Temperatur des

Quenchwassers , was zu einer verminderten

Wasseraufnahmefähigkeit des Rohgases führt. Das wiederum bedingt eine zusätzliche Dampfzugabe vor dem CO-Shift-System und führt somit zu höheren Betriebskosten.

Herkömmlich wird zum Einen bei Einsatz der 2-stufigen

Entspannung das zurückgeführte, gereinigte Rußwasser nicht aufgewärmt, um Verkrustungen / Ablagerungen in den

Wärmeübertragern zu vermeiden. Dafür wird das dem Prozess zugeführte Make-Up Wasser (Wasserergänzung) auf die

gewünschte Quenchwassertemperatur aufgeheizt. Da dies in manchen Fällen nicht ausreicht, wird zum Anderen noch eine geringe Menge an Hochdruckdampf vor dem CO-Shift-System inj iziert .

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Rückführung für das Restquenchwasser derart auszugestalten, dass der Aufwand für die Druckerhöhung und ein Anstieg des pH Wertes durch die mit der Entspannung verbundenen Calcitausfällung erheblich reduziert werden.

Das Problem wird durch ein Druckfiltersystem mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckfiltrationssystem wird das Rußwasser aus dem Quencher direkt einem quasikontinuierlich arbeitenden Druckfiltersystem, das bei Reaktordruck arbeitet, zugeführt und gereinigt. Das vom Druckfiltersystem

abströmende Filtrat wird im Quenchwasservorlagebehälter (10) gesammelt und als Quenchwasser rückgeführt. Das Filtersystem (1) arbeitet so quasikontinuierlich, dass eine

kontinuierliche Füllstandsregelung (9) des abfließenden

Quenchwassers möglich ist bei gleichzeitiger räumlicher und zeitlicher Trennung der Prozessschritte 1) Filtration, 2) Filterabreinigung und 3) Filterkuchenaustrag . Die Umschaltung zwischen den räumlich und zeitlich getrennt ablaufenden

Prozessschritten der 1) Filtration, 2) Filterabreinigung und 3) Filterkuchenaustrag kann ineinander übergehend so

erfolgen, dass die Füllstandsregelung (9) gewährleistet ist. Der Filterkuchenaustrag in Form einer Slurry wird mittels eines für Feststoffe ausgelegten Slurrykühlers (2) auf

Temperaturen zwischen 40 bis 90°C abgekühlt und dann

entspannt (3) . Die so vorbereitete Slurry wird einer

Aufkonzentrierung mittels Pressfiltration (5) zugeführt. Das in der Entspannungsstufe (3) anfallende Ventgas (25) wird über ein Ventgassystem (24) abgeführt.

Das Schlackewasser (16) aus der Vergasungseinrichtung wird mittels einer Hydrozyklonstation (6) oder einer weiteren Filtereinheit von groben Feststoffbestandteilen befreit und gemeinsam mit der Slurry aus dem Druckfiltrationssystem der Aufkonzentrierung bzw. Pressfiltration (5) zugeführt. Das gereinigte / filtrierte Schlackewasser (28) wird direkt einem Abwasserbehälter (12) zugegeben, um es bei Bedarf wieder in den Prozess zurückzuführen über die Rückführpumpe (11) als Spülwasser (18), oder als Abwasser (14) mittels Abwasserpumpe (13) auszuschleusen. Das gereinigte / filtrierte Rußwasser wird während des Abfahrprozesses mit einhergehender

Druckreduzierung mittels Abfahrkühler (8) vor Zuführung zum Quenchwasservorlagebehälter (10) abgekühlt, um ein Verdampfen des Kreislaufwassers bei Erreichen der Verdampfungstemperatur zu verhindern. Bei fehlendem Druckgefälle über dem Filtrationssystem, insbesondere während des Anfahrbetriebes, kann das Rußwasser bzw. Restquenchwasser über Boosterpumpen /

Druckerhöhungspumpen (7) dem Filtrationssystem zugeführt werden .

Das Filtrationssystem kann aus einem oder mehreren parallelen Filtern gebildet sein, welche aus mehreren Kammern bestehen.

Die Reinigung des Filters kann durch Rückspülung mit

erzeugtem Filtrat oder mit externem demineralisiertem Wasser, Kesselspeisewasser oder Druckwasser mit ähnlicher Qualität erfolgen .

Vorteile der Erfindung liegen in der Vermeidung einer

Flashentspannung des Restquenchwassers in den Vakuumbereich mit Brüdenkühlung und nachfolgender Druckerhöhung und

Wiederaufheizung . Auf diese Weise kann der elektrische

Eigenbedarf des Vergasungsprozesses um Größenordnungen reduziert und der Energiegehalt und damit verbundene

Wassergehalt des Rohgases ohne zusätzliche Wärmeverbräuche auf die für die CO-Shiftreaktion erforderlichen Dampfgehalte eingestellt werden. Dies führt insgesamt zu einer

Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades von IGCC und chemischen Syntheseprozessen. In vorteilhafter Weise wird eine Calzit- Ausfällung im Russwassersystem vermieden, da keine

Entspannung und Vorwärmung des rückzuführenden

Restquenchwassers erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Restquenchwasser über eine Druckfiltration zu reinigen und dem Prozess als Quenchwasser wieder zurückzuführen. Abhängig vom eingesetzten Filtermaterial und der einzustellenden Druckdifferenz ist ggf. eine geringfügige Vorentspannung (Zwischenentspannung) erforderlich. Die aus der Filtereinheit abgetrennte Slurry wird gekühlt, druckreduziert und einem Schlammvorlagebehälter zugeführt der eine nachgeschaltete Filterpresse zur Erzeugung von Filterkuchen bespeist. Der zusätzliche relativ kleine Anteil an kaltem, feststoff-beladenem Schlackewasser aus dem Schlackeschleusensystem wird bei geringem Druck über einen weiteren Filter oder Hydrozyklon gereinigt. Die in diesem Prozessschritt abgetrennte Feinschlacke bzw. Schlamm wird ebenfalls dem Schlammvorlagebehälter zugeführt.

Das Rußwasser wird also im Wesentlichen unter Vergasungsdruck in einem Druckfilter gereinigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Flugstromvergasers mit Quencher sowie Schlackeschleuse,

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung und

Fig. 3 nähere Einzelheiten der erfindungsgemäßen

Rußwaserreinigung .

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche

Elemente .

In einem Reaktionsraum 20 des Vergasungsreaktors 19 wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie z. B. pneumatisch

geförderter Kohlenstaub oder Kohlenstaub-Slurries mit Wasser oder Öl als Träger, gemeinsam mit Sauerstoff und Wasserdampf bei Temperaturen von 1.550°C und 2 bis 5 MPa (20 bis 50 bar) vergast, wodurch Rohgas und flüssige Schlacke entstehen, die gemeinsam im Quenchraum 21 durch Eindüsen von Wasser 15 bis auf die Sättigungstemperatur abgekühlt werden. Dazu wird im Quenchraum Wasser 15 verdüst, wobei ein Teil verdampft und damit das Rohgas sättigt und der verbleibende Teil

staubbeladen als überschüssiges Rußwasser 17 abgeführt wird. Die sich im Sumpf 22 des Quenchers sammelnde Schlacke wird über eine Schlackeschleuse 23 zyklisch ausgeschleust, wobei Schlacke 27 und Schlackewasser 16 abgeführt werden. Das

Schlackesystem kann mit Spülwasser 18 gespült werden.

Nach Figur 2 wird das bei der Flugstromvergasung anfallende überschüssige Restquenchwasser 17 direkt - oder im

Anfahrprozess (bei geringen Rohgasmengen und somit geringen Rohgaswegdruckdifferenzen) über eine Boosterpumpengruppe (7) - einem mechanischen Druckfiltersystem (1) zugeführt. Dabei ist das Filtersystem (1) so ausgeführt, dass die Prozesse der Filtration, der Filterabreinigung und des

Filterkuchenaustrages stets räumlich und zeitlich getrennt verlaufen, wobei aber der Gesamtprozess quasi kontinuierlich und unterbrechungsfrei abläuft. Es werden dazu mehrere

Filterkammern eingesetzt, die einzeln oder überlappend mit Rußwasser beaufschlagt werden, wobei eine oder mehrere

Filterkammern im Filtrationsmodus und andere im Abreinigungs- & Austragsmodus betrieben werden.

Das dabei entstandene Filtrat wird direkt in den

Quenchwasser-Vorlagebehälter (10) geführt, von wo es dem Quencher direkt zugeführt wird (15) . Der Filterdurchsatz wird abhängig vom Füllstand im Quencher geregelt. Das

Zeitintervall für die Filtration der einzelnen Filterkammern ist variabel und wird abhängig von der Feststoffbeladung im Rußwasser und dem jeweiligen durch die Füllstandsregelung (9) vorgegebenen Durchfluss eingestellt. Hierbei entstehen nur geringe Temperatur- und Druckverluste zum austretenden

Restquenchwasser und es muss nur eine geringe zusätzliche Energie zur Überwindung der verbleibenden Druckdifferenz aufgewandt werden, um das zurückzuführende Filtrat wieder auf den Vergasungsdruck zu bringen.

Der im Rußwasser bzw. Restquenchwasser während der

Filterabreinigung aufkonzentrierte, Filterkuchen wird aus den Filterkammern des Druckfiltersystems (1) mittels

Entspannungsventilen als Slurry in den Entspanner (3)

ausgeschleust. Vor dieser Entspannung wird die Slurry in einem Slurrykühler (2), einem Wärmeübertrager, der speziell für Feststoffe ausgelegt ist, auf Temperaturen von 40 - 90 °C abgekühlt, um eine Flashentspannung mit potentieller

Calcitausfällung zu vermeiden. Diese geringe Menge an Slurry wird nachfolgend einer weiteren Aufkonzentrierung in Form einer Pressfiltration (5) oder ähnlichem zugeführt und das dabei gewonnene Filtrat in den Abwasserbehälter (12)

geleitet, über die Abwasserpumpe (13) teilweise oder

vollständig als Abwasser aus dem Prozess ausgeschleust bzw. als Spülwasser im Schlackeaustragssystem verwendet. Eventuell noch verbleibende Mengen an Kreislaufwasser können über

Rückführpumpen (11) (Hochdruckpumpen mit geringer Kapazität) wieder in den Prozess zurückgeführt werden.

Das kalte, feststoffbeladene Schlackewasser aus dem

Schlackeschleusensystem wird im Rahmen dieser Erfindung zuerst bei geringen Drücken von etwa 0,3 bis 0,4 MPa (3 - 4 bar) mittels einer Hydrozyklonstufe (6) oder / und einer zusätzliche Filtereinheit vorgereinigt. Der Unterlauf aus dem Zyklon oder der Filterkuchen der zusätzlichen Filtereinheit gelangt in die Schlammvorlage (4) zusammen mit der Slurry aus dem Druckfiltersystem (1) und wird einer weiteren

Entwässerungsstufe (Pressfiltration) (5) zur weiteren

Aufkonzentrierung zugeführt. Der Oberlauf des Hydrozyklons oder das Filtrat der zusätzlichen Filtereinheit gelangt direkt in den Abwassersammelbehälter (12) . Damit kann der Verschleiß, den das Schlackewasser bei einer Umpumpung bewirkt, auf ein Minimum reduziert werden.

Beim Abfahren des Vergasungssystems kann mittels Abfahrkühler (8) der Quenchwasserkreislauf von seiner Betriebstemperatur (150°C bis 220°C) auf Temperaturen abgekühlt werden, die eine gefahrlose Entspannung des Vergasungssystems zulassen, ohne dass es zur Kreislaufwasserverdampfung kommt. Bezugs zeichenliste

1 Drucktiltersystem

2 Slurrykühler

3 Entspanner

4 Schlammvorlage

5 weitere Entwässerungsstufe (Pressfiltration o.ä.)

6 Verabscheidung, Hydrozyklonstufe

7 Boosterpumpengruppe

8 Abfahrkühler

9 Füllstandsregelung

10 Quenchwasservorlagebehälter

11 Rückführpumpen (Hochdruckpumpen mit geringer Kapazität

12 AbwasserSammelbehälter

13 Abwasserpumpe

14 Abwasser

15 zum Quencher

16 Schlackewasser

17 Rußwasser

18 Spülwasser Schlackesystem

19 Vergasungsreaktor

20 Reaktionsraum

21 Quencher

22 Quenchersumpf

23 Schlackeschleuse

24 VentgasSystem

25 Ventgas

26 Filterkuchen

27 Schlacke

28 gereinigtes Schlackewasser