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Gasification

PRENLFO® PSG

Das PRENFLO® Flugstromverfahren mit Dampferzeugung (PSG)

Der PRENFLO® (PRessurized ENtrained FLOw) Prozess, der mit erhöhtem Druck arbeitet, ist eine Weiterentwicklung des Koppers-Totzek-Prozesses, der in den 1940er Jahren entwickelt wurde und bei atmosphärischem Druck operierte

Heute kann das PRENFLO®-Verfahren auf mehr als zwei Jahrzehnte Betriebserfahrung zurückblicken, wodurch es eine Fülle von Erkenntnissen liefert, die die Grundlage für nachfolgende erfolgreiche Anwendungen gebildet haben.

Bevorzugte Anwendungen

EINTRAG: Eintragsstoffe mit hohem Kohlenstoffgehalt und geringem Aschegehalt, wie z.B. Hartkohle, Petrolkoks, Abfälle und jede sinnvolle Kombination

PRODUKT: CO-reiches Syngas sowie Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad

Hauptprozessdaten

Einstrangkapazität von bis zu 1.200 MWth

1. Zyklonenfilter

2. Schleusbehälter

3. Eintragsbehälter

4. PRENFLO® Vergaser

5. Schlackebrecher/-sammler (falls erforderlich)

6. Slacke Schleusbehälter

7. Abhitzekessel

8. Dampftrommel

9. Filter

10. Flugasche Schleusbehälter

11. Flugasche Eintragbehälter

12. Wäscher

13. Quenchgas-Kompressor

Hauptprozessmerkmale

  • Flugstrom
  • Trockenstaubzufuhr für hohen Wirkungsgrad
  • Mehrere Brenner mit hoher Verfügbarkeit und langer Lebensdauer
  • Horizontal angeordnete Brenner für hohe Kohlenstoffumwandlung
  • Membranwand mit langer Lebensdauer
  • Abhitzekessel für effiziente Wärmerückgewinnung
  • Operiert oberhalb des Ascheschmelzpunkts

Prozessbeschreibung

Zunächst wird der Eintragsstaub in der Feed Preparation Unit aufbereitet. Etwa 80% des Staubs sind kleiner als 0,1 mm. Dieser Eintragsstaub wird dann im PRENFLO®Vergaser unter Einsatz von Sauerstoff und Dampf als Moderator vergast. Die Vergasungstemperatur liegt über der Ascheschmelztemperatur, sodass die Kohleasche als Schlacke abgeführt werden kann. Der gekühlte Vergaser ist mit mehreren horizontal angeordneten Brennern ausgerüstet.

Beim PRENFLO®-Prozess mit Dampferzeugung (PSG) wird das erzeugte Rohgas, das hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, im Abhitzekessel gekühlt, wobei Dampf entsteht. Das Gas wird dann mittels Kerzenfilter entstaubt und in einem Venturi-Wäscher weiterbehandelt.

Die Schlacke aus dem Vergaser kann als Baumaterial verwendet werden, und die Flugasche aus dem Kerzenfilter als Basisprodukt in der Zementindustrie.

Die PRENFLO® Technologie kommt im weltgrößten einsträngigen, mit festem Eintragsstoff arbeitenden IGCC-Kraftwerk in Puertollano, Spanien, zum Einsatz, bei dem eine Mischung aus Petrolkoks und Kohle zum Einsatz kommt.

Flussdiagramm

Historie

Die Koppers GmbH in Essen, Deutschland, führte von 1938 bis 1944 unter der Leitung von Dr. Friedrich Totzek experimentelle Arbeiten zur Vergasung von pulverisierter Kohle durch. Als Reaktor diente eine horizontale Trommel, in die an einem oder beiden Enden zerstäubte Kohle eingebracht wurde, und bei dem Vergasungsmittel handelte es sich um ein Sauerstoff/Dampf-Gemisch. Der Prozess wurde lediglich bei Atmosphärendruck durchgeführt. Die ersten Versuche waren wegen hoher Wärmeverluste des Reaktors nicht erfolgreich. Deshalb wurde das Sauerstoff/Dampf-Gemisch auf eine Temperatur von ca. 1000-1200°C erhitzt. Um die Kohle aufzulockern und ihre Verteilung zu verbessern, wurde der Kohlenstaub mit einem überhitzten Gas/Dampf-Gemisch eingeblasen. Durch die hohe Temperatur der heißen O₂/Dampf-Mischung fand eine sehr schnelle Entzündung des Kohlenstaubs statt, und es wurde eine Temperatur von über 2000°C erzielt.

Dies beschleunigte den Vergasungsprozess so stark, dass der Kohlenstaub mit einer Umsetzungsrate von ca. 95% vergast wurde

1948 wurde in Louisiana (Missouri), U.S.A., eine Pilotanlage zur Vergasung von 25 Tonnen pro Tag gebaut. Nach diesen Tests erfolgte die Errichtung von mehreren Vergasungsanlagen im industriellen Maßstab in Oulu, Finnland (1952), Japan und Frankreich (1955) etc. Insgesamt wurden weltweit 77 Anlagen installiert.

Heute handelt es sich bei allen Flugstromvergasern mit Trockeneintrag um die Verfeinerungen des Koppers-Totzek-Prozesses. Die Hauptmerkmale waren:

  • Alle Kohlearten können verwendet werden;
  • Fein gemahlene getrocknete Kohle wird per Förderschnecke zugeführt, und die Kohle wird dann mit hoher Geschwindigkeit durch Sauerstoff und Dampf eingeblasen. Die Flammentemperatur liegt bei ca. 1800°C, und die Kohlepartikel werden praktisch sofort vergast;
  • Der Druck liegt leicht über dem Atmosphärendruck;
  • Die Asche schmilzt und 50-70% fallen in ein Abschreckbad. Der Rest wird im Gas mitgeführt und gesammelt, nachdem das Gas abgekühlt und mit Wasser gewaschen wurde;
  • Geringer Methangehalt im Gas (z.B. 0,1%) und keine Phenole oder Teere wegen der hohen Temperatur;"

Da das Syngas unter niedrigem Druck erzeugt wird, entstanden hohe Verdichtungskosten in den nachfolgenden Prozessen. Deswegen begann die Koppers GmbH im Jahr 1973 mit R&D zum Flugstromvergasungsprozess unter Druck ("PRessurized ENtrained FLOw" (PRENFLO®). Von 1974 bis 1981 arbeiteten die Koppers GmbH und Shell International Petroleum Maatschappij B.V. zusammen an der Entwicklung der Kohlevergasung unter hohem Druck. Diese Kooperation zielte darauf ab, das vorhandene Wissen bei Koppers und die Erfahrung mit Kohle und dem mit Atmosphärendruck arbeitenden Koppers-Totzek-Kohlevergasungsprozess mit dem bei Shell vorhandenen Know-how in der Hochdruck-Ölvergasung und Gasbehandlung zu kombinieren. Der Prozess wurde zunächst unter dem Namen Shell-Koppers eingeführt. Die erste mit Druck arbeitende Pilotanlage wurde 1976 in Betrieb genommen (6 tato), gefolgt von einer 150-tato-Shell-Koppers-Anlage, die 1978 bei den Harburg-Raffinerien der Deutschen Shell gestartet wurde.

Inzwischen (1974) hatte Krupp Koppers übernommen, woraus die Krupp-Koppers AG entstanden ist. Als die gemeinsamen Entwicklungsarbeiten im Jahr 1981 endeten, setzten Shell und Krupp-Koppers getrennt voneinander die Entwicklung ihrer Kohlevergasungsprozesse fort - Krupp-Koppers (die 1997 mit Uhde GmbH fusionierte) mit dem PRENFLO® Feststoff-Vergasungsprozess (Solids Gasification Process) und Shell mit dem Shell Kohlevergasungsprozess (Shell Coal Gasification Process (SCGP)). Somit wurde 1984 in Essen, Deutschland, die PRENFLO®-Pilotanlage (6 t/h) mit Wasserquench in Betrieb genommen. Die PRENFLO®-Technologie wurde zunächst in großem Maßstab in der Demonstrationsanlage von Fürstenhausen, Deutschland (48 tato) angewandt und danach von Elcogas S.A., Spanien, für die Puertollano-IGCC-Anlage ausgewählt und realisiert. Die Puertollano-Anlage wurde 1998 in Betrieb genommen und vergast 2400 tato einer Mischung aus hochaschehaltiger bituminöser Kohle (41% Asche) und Petrolkoks, die aus der lokalen Mine und Raffinerie stammen.

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