DE19954188A1

DE19954188A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung stickstofforganischer Verbindungen durch Vergasung

Info

Publication number: DE19954188A1
Application number: DE19954188A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Mueller; Uwe Gaudig; Juergen Goerz; Manfred Schingnitz
Original assignee: KRC Umwelttechnik GmbH; Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Current assignee: Future Energy GmbH
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-31
Also published as: EP1099747A3; EP1099747A2; BR0005316A; US6808653B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung eines im Wesentlichen aus stickstofforganischen Verbindungen bestehenden Einsatzstoffes, bei dem die Verwertung durch Vergasung unter Normaldruck oder erhöhtem Druck, vorzugsweise bis 40 bar, bei Temperaturen > 900 DEG C, vorzugsweise zwischen 1100-1600 DEG C, als Partialoxidation unter Verwendung eines freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels erfolgt und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung ist anwendbar zur schadlosen Verwertung stickstofforganischer Verbindungen durch Vergasung unter Erzeugung eines kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen Gases.

Unter stickstofforganischen Verbindungen und insbesondere Rest- und Abfallstoffen der chemischen Industrie sind Mischungen von Aminen, Nitrilen oder anderen stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen zu verstehen, die als Abfallstoffe oder Reste der Zwischenprodukte chemischer Synthesen anfallen und aus unterschiedlichsten Gründen, z. B. als Mischprodukte nicht direkt weiterverarbeitet werden können.

Es ist bekannt, kohlenstoffhaltige Rest- und Abfallstoffe unter Nutzung der entstehenden Wärme zu verbrennen. Bestehen solche Materialien jedoch vollständig oder teilweise aus stickstofforganischen Verbindungen, so bilden sich während des Verbrennungsvorganges in hohem Maße Stickoxide, die mit den Abgasen in die Atmosphäre gelangen und maßgeblich zur Versäuerung des Regenwassers beitragen. In den letzten Jahren sind eine Vielzahl katalytischer und nichtkatalytischer Verfahren entwickelt worden, die bei hohen NO_x-Konzentrationen zu erheblichen Kosten für die Rauchgasentstickung führen. Die heißen und großvolumigen Rauchgasmengen erfordern eine große Apparateabmessung der zur Entstickung vorgesehenen Apparate und Ausrüstungen. Eine umfangreiche Zusammenfassung zum Stand der Technik geht aus W. Fritz et al. "Reinigung von Abgasen", Vogel Buchverlag, Würzburg 1992 hervor.

In der Technik der Gaserzeugung ist die Vergasung von Brennstoffen sowie von Rest- und Abfallstoffen, die sich in einem fließfähigen Zustand befinden oder in diesen Zustand überführt werden können, durch partielle Oxidation im Flugstrom bekannt. Dabei werden Vergasungsstoff und Vergasungsmittel, wie Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder technischer Sauerstoff gegebenenfalls in Mischung mit Wasserdampf in Form einer Flammenreaktion, vielfach auch unter erhöhtem Druck, in ein kohlenmonoxid- und wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Das unter diesen Bedingungen erzeugte Rohgas wird nach entsprechender Kühlung und Reinigung als Synthesegas oder für energetische Zwecke genutzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur schadlosen Verwertung von stickstofforganischen Verbindungen zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder. In überraschender Weise wurde gefunden, dass trotz der hochreduzierenden Atmosphäre im Flugstromreaktor auch bei höheren Drücken die stickstofforganischen Verbindungen bis zum neutralen Stickstoff N₂ oxidiert werden. Weitere Oxidationsstufen werden nicht erreicht, Stickoxide sind deshalb im Vergasungsgas nicht nachweisbar. Die zu erwartende Bildung von Ammoniak NH₃ durch das bereits beschriebene hohe Reduktionspotential des Vergasungsgases tritt überraschender Weise auch nicht auf. Die Konzentration des Ammoniaks im Vergasungsgas bewegt sich in der aus der Kohle- und Öldruckvergasung bekannten Höhe.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Verfahren zur Verwertung eines im Wesentlichen aus stickstofforganischen Verbindungen bestehenden Einsatzstoffes in der Weise vor, dass die Verwertung durch Vergasung unter Normaldruck oder erhöhtem Druck erfolgt, wobei es vorteilhaft ist, einen Druck bis 40 bar zu verwenden. Die Temperaturen beim Vergasungsprozess sollten < 900°C sein. Als geeigneter Bereich wird 1100 bis 1600°C für die Partialoxidation unter Verwendung eines freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels angesehen.

Vorteilhaft ist es, die Vergasung durch Partialoxidation als Flammreaktion in einem Flugstromvergaser vorzunehmen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Verwertung von stickstofforganischen Verbindungen in folgenden technologischen Stufen erfolgt:

- Zuführung in eine Flugstromvergasung

Dabei ist es vorteilhaft, einen Flugstromvergaser mit feuerfest ausgekleidetem Reaktorraum zu verwenden. Als nächste Stufe erfolgt die

- Teilkühlung des heißen Rohgases durch Einspritzen von Wasser im Quenchungsprozess.

Als weitere Stufe ist eine

- Hochdruckdampferzeugung vorgesehen, der eine COS-, HCN-Hydrolyse, eine Entschwefelung und eine Abwasseraufbereitung nachgeordnet sind.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass das in der Abwasseraufbereitung abgeschiedene Ammoniak zur Entsorgung wieder dem Vergasungsreaktor zugeführt wird. Bei dem Prozess werden unterschiedliche stickstofforganische Verbindungen gemeinsam oder getrennt dem Vergasungsreaktor zugeführt und simultan vergast. Mit dem Verfahren ist es weiterhin möglich, dass organische und anorganische Stickstoffverbindungen gemeinsam vergast werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Zuführung in einen Flugstromvergaser mit einem nachgeordneten Quencher vorhanden ist, eine über eine Rohrleitung mit dem Quencher verbundene Abwasseraufbereitung vorhanden ist, ein dem Flugstromvergaser nachgeschalteter Hochdruckdampferzeuger vorhanden ist, dessen Heißgas nach einer Heißgasfilterstufe einer COS-/HCN-Hydrolyse zugeführt wird, ein dem nachgeordneter Normaldruckdampferzeuger mit anschließender Kühlung vorhanden ist, nach dem in einer Entschwefelung Reingas und Schwefel erzeugt werden. Zwischen Abwasseraufbereitung und Flugstromvergaser ist weiterhin eine Rohrleitung zur Entsorgung des Ammoniaks der Aufwasseraufbereitung angeordnet.

Vorteilhaft ist bei der Vorrichtung, wenn eine Rohrleitung zur Zuführung von Wasser in die Quenchung aus der Kühlung und der Niederdruck- Dampferzeugung angeordnet ist.

Die Erfindung wird an einer Figur und nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt die Figur eine technologische Konzeption zur Vergasung stickstofforganischer Verbindungen.

Dem Vergasungsreaktor 2 werden über Zuführungssysteme 1 insgesamt 13300 kg/h hauptsächlich aus Nitrilen und Aminen bestehende stickstofforganische Verbindungen zugeführt, die als Reststoffe bei einer Nylonsynthese anfallen. Neben Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel enthält der Reststoff einen organisch gebundenen Stickstoffanteil von 1651 kg/h. Durch die Vergasung mit technischem Sauerstoff im mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Flugstromreaktor 2 entstehen daraus 13 134 m³ i.N./h Synthesegas folgender Zusammensetzung:

Aus dem organisch gebundenen Stickstoffanteil von 1651 kg/h bilden sich durch den Vergasungsprozess

Der in Form von HCN und NH₃ vorliegende chemisch gebundene Stickstoff im Synthesegas beträgt 24,9 kg/h, dies sind nur 0,19% des eingebrachten Wertes.

Das heiße Rohgas tritt mit 25 bar und ca. 1300°C aus dem Vergasungsreaktor in die Quenchstufe 3 ein, in der durch Einspritzen von Wasser eine Abkühlung auf 800°C erfolgt. In Abhängigkeit von der nachfolgenden Gasaufbereitungstechnologie wird das Rohgas durch Überschusswasser bis zum Taupunkt von ca. 200°C abgekühlt. Der sehr geringe Aschegehalt des stickstofforganischen Reststoffes erlaubt in diesem Fall die Teilquenchung auf 800°C, so dass im nachfolgenden Dampferzeuger 4 Hochdruckdampf erzeugt wird. Bevor das Rohgas in die katalytische COS- und HCN-Hydrolysestufe 6 gelangt, werden zum Schutz des Katalysators staubförmige Anteile in einem Heißgasfilter 5 entfernt. Die Abkühlung des Rohgases geschieht in einem Niederdruck-Dampferzeuger 7 und einem Kühler 8, in dem gleichzeitig Ammoniak aus dem Rohgas durch Lösung in den Kondensaten aus dem Rohgas entfernt wird. Nach einer Entschwefelungsstufe 9 kann das Reingas 10 der Verwertung zugeführt werden. Aus der Entschwefelungsstufe 9 wird der Schwefel 11 in elementarer Form abgezogen. Die ammoniakhaltigen Kondensate werden im Kreislauf wieder der Teilquenchung 3 zugeführt. Der Kondensatüberschuss gelangt in die Abwasseraufbereitung 12, in der unter anderem das Ammoniak abgetrennt wird. Dies wird zur Entsorgung über die Leitung 13 wieder dem Vergasungssreaktor 2 aufgegeben.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Zuführung

2

Reaktor

3

Quencher

4

Hochdruckdampferzeuger

5

Heißgasfilter

6

COS-, HCN-Hydrolyse

7

Niederdruck-Dampferzeugung

8

Kühler

9

Entschwefelung

10

Reingas

11

Schwefel

12

Abwasseraufbereitung

13

Rohrleitung

14

Feinstaub

Claims

1. Verfahren zur Verwertung eines im Wesentlichen aus stickstofforganischen Verbindungen bestehenden Einsatzstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwertung durch Vergasung unter Normaldruck oder erhöhtem Druck, vorzugsweise bis 40 bar, bei Temperaturen < 900°C vorzugsweise zwischen 1100-1600°C, als Partialoxidation unter Verwendung eines freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung durch Partialoxidation als Flammenreaktion in einem Flugstromvergaser geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwertung der stickstofforganischen Verbindungen in folgenden technologischen Stufen erfolgt:

a) Zuführung in eine Flugstromvergasung in einem mit feuerfestem Material ausgekleideten Reaktor,
b) Teilkühlung des heißen Rohgases durch Einspritzen von Wasser im Quencher,
c) Hochdruckdampferzeugung,
d) COS-,/HCN-Hydrolyse,
e) Entschwefelung,
f) Abwasseraufbereitung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Abwasseraufbereitung abgeschiedene Ammoniak zur Entsorgung wieder dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche stickstofforganische Verbindungen gemeinsam oder getrennt dem Vergasungsreaktor zugeführt und simultan vergast werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass organische und anorganische Stickstoffverbindungen gemeinsam vergast werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch

- Eine Zuführung (1) in einen Flugstromvergaser (2) mit einem nachgeordneten Quencher (3),
- eine über eine Rohrleitung mit dem Quencher (3) verbundene Abwasseraufbereitung (12),
- ein dem Flugstromvergaser (2) nachgeschalteter Hochdruckdampferzeuger (4), dessen Heißgas nach einer Heißgasfilterstufe (5) einer COS-/HCN-Hydrolyse (6) zugeführt wird,
- eine dem nachgeordnete Niederdruckdampferzeugung (7) mit anschließender Kühlung (8), wonach in einer Entschwefelung (9) Reingas (10) und Schwefel (11) erzeugt wird und
- eine Rohrleitung (13) zwischen Abwasseraufbereitung (12) und Flugstromvergaser (2) zur Entsorgung des Ammoniaks der Abwasseraufbereitung (12) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrleitung (14) zur Zuführung von Wasser in die Quenchung (3) aus der Kühlung (8) und der Niederdruck-Dampferzeugung (7) angeordnet ist.