AT389887B

AT389887B - Verfahren und anlage zur vergasung kohlehaltigen materials

Info

Publication number: AT389887B
Application number: AT0364182A
Authority: AT
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1990-02-12
Also published as: IT1153274B; KR880000353B1; CA1208021A; ATA364182A; NO823341L; NL8203909A; AU546482B2; MX161612A; ZA827876B; YU235382A; PL135926B1; FI823440A0; IT8223851A0; JPS58152091A; FR2522333B1; PH18531A; NO158066C; NZ202333A; GB2116201A; CS235097B2

Description

Nr. 389887

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und Ή2 bestehenden Gasmischung, bei dem kohlehaltiges Material in stückiger Form durch eine Schleuse in einen Reaktor, vorzugsweise einen Schachtofen, von oben her bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingegeben wird. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist seit langem bekannt, Kohle in Schachtöfen und Retorten zu vergasen und auch eine partielle Vergasung gleichzeitig mit einem Verkoken durchzuführen. Der Nachteil der bekannten Verfahren beruht teilweise darauf, daß es unmöglich war, das Verhältnis zwischen CO und H2 in dem hergestellten Gas zu regeln, wobei der schwerwiegendste Nachteil darin zu sehen ist, daß das Gas noch eine Anzahl von unerwünschten Substanzen wie beispielsweise Kohlenwasserstoff, Alkohole, Phenole und Teer enthielt. Letzterer wird hauptsächlich dadurch erhalten, weil die Vergasung bei niedriger Temperatur, d. h. bei Temperaturen unter 1000 °C, und unter nicht ausreichend oxidierenden Bedingungen stattfindet.

Um diese Nachteile auszuschalten, wurden andere Verfahren entwickelt, bei denen die Vergasung unter hohen Temperaturen und oxidierenden Bedingungen erfolgt, wie beispielsweise das Koppers-Totzek-Verfahren. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß infolge des thermodynamischen Gleichgewichts der I^O-Gehalt relativ hoch wird, was bedeutet, daß, um es beispielsweise zur Reduktion von Eisenerz verwenden zu können, das hier das auf diese Weise hergestellte Gas zuerst gekühlt, gewaschen und dann erneut erhitzt werden muß. Außerdem sind die Chancen einer Beeinflussung des Verhältnisses zwischen die Vergasungsanlage verlassendem CO und Ή2 bei diesem Verfahren äußerst gering. Überraschenderweise wurde nunmehr festgestellt, daß es möglich ist, die Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren durch ein Verfahren zu beheben, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das erzeugte Gas vom Schachtofen in einer Höhe unter der Oberfläche des kohlehaltigen Materials abgezogen wird und daß Oxidationsmittel, z. B. O2, CO2, H2O, und gegebenenfalls Wärmeenergie in geringer Höhe des Schachtofens, unterhalb des Gasauslasses und Wärmeenergie sowie gegebenenfalls zusätzliches Oxidationsmittel über der Oberfläche des kohlehaltigen Materials zugeführt werden.

Erfmdungsgemäß erfolgt die Vergasung bei hoher Temperatur und unter oxidierenden Bedingungen, und gleichzeitig passiert das anfänglich hergestellte Gas ein heißes Koksbett oder ein Bett aus koksartigem Material, woraufhin sein H20-Gehalt mit Kohlenstoff reagiert und H2 und CO bildet. Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung des CO/^-Verhältnisses, da über Plasmabrenner Wärmeenergie zugeführt werden kann, sodaß das Verhältnis zwischen H2O, CO2 und O2 im oxidierenden Gas innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene Anlage sind in den Unteranspriichen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage in Längsschnitt; und

Fig. 2 eine in bezug auf das Unterteil des Reaktors abgewandelte Ausführung der Anlage gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage und die Abwandlung gemäß Fig. 2 bestehen aus einem Schachtofen (1), der am Boden mit Rohrleitungen (2) und Plasmabrennern (3) versehen ist, welche vorzugsweise symmetrisch rund um den Schachtofen (1) angeordnet sind. Diese Rohrleitungen sind mit Speiseeinrichtungen für ein Oxidiermittel wie beispielsweise Sauerstoff, H2O oder CO2 und möglicherweise pulverigeres kohlehaltiges Material versehen. Oberhalb dieser Rohrleitungen ist der Schachtofen (1) mit einer Ringleistung (4) mit einem Gasauslaß (5) für den Abzug von im Schachtofen erzeugtem Gas versehen. Der Schachtofen (1) besitzt oben eine gasdichte Schleuse (6) für die Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form sowie eine Rohrleitung für den Anschluß eines Plasmabrenners (7) und Zufuhrlanzen (8,9) für ein Oxidationsmittel. Zufuhreinrichtungen (11,12) für die eventuell erforderliche Zufuhr eines besonderen Oxidationsmittels münden in den Schacht in ein» Höhe zwischen der Oberfläche (10) des festen Materials im Schacht (1) und der Ringleitung (4). Um das Verfahren mit flüssiger Schlacke oder fester Asche durchführen zu können, ist das Unterteil des Schachtofens (1) entweder mit einem Auslauf (13) (Fig. 1) für Schlacke oder einem sich drehenden Ausgabetisch (14) (Fig. 2) versehen. Die dargestellte Anlage arbeitet folgendermaßen:

Um die erwünschte Vergasung durchzuführen, wird das kohlehaltige Material in stückiger Form eventuell zusammen mit einem Schwefelbinder wie beispielsweise Dolomit durch die Schleuse (6) in den Schachtofen (1) bis zu einer vorgegebenen Höhe eingebracht. Wärmeenergie wird durch einen oder mehrere Plasmabrenner (3) bzw. (7) zugeführt und gleichzeitig wird Oxidationsmittel wie beispielsweise O2, CO2 oder H2O über Zufuhreinrichtungen (2) bzw. (8) bzw. (9) zugeführt. Das kohlehaltige Material in stückiger Form, welches aus Kohle, Koks, Lignit, Holzkohle oder teilweise verkohltem Holz usw. bestehen kann, wird infolgedessen unter oxidierenden Bedingungen einer hohen Temperatur unterworfen, woraufhin die flüchtigen Bestandteile frei werden und mit dem Oxidationsmittel reagieren, wobei sie hauptsächlich CO und H2 erzeugen, während der nichtflüchtige Teil verkokt wird und ein festes koksartiges Produkt in stückig» Form bildet. Wichtig ist, daß ausreichend Oxidationsmittel zugesetzt wird, um die Bildung von Ruß zu verhindern. Oxidationsmittel, welches -2-

Claims

Nr. 389887 mit den flüchtigen Bestandteilen des kohlehaltigen Materials nicht reagiert hat, kann weiter unten im Schachtofen (1) mit dem erzeugten Koks reagieren und zusätzlich CO und möglicherweise E^O bilden. Die im oberen Teil des Schachtofens über der Höhe der Ringleitung gebildeten Produkte sind daber Produkte, welche dem Koks ähneln, der seinen Weg durch den Schachtofen nach unten fortsetzt, sowie ein gasförmiges Produkt, welches hauptsächlich aus CO und H2 besteht und den Schachtofen (1) durch die Ringleitung (4) verläßt. Die Temperatur an der Oberfläche des körnigen Materials im Schachtofen kann etwa 2000 °C erreichen, während das den Schachtofen durch die Ringtrommel (4) verlassende Gas eine Maximaltemperatur von 1500 °C besitzt. Es ist auch möglich, die erforderliche Wärmeenergie durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials mit Sauerstoff zuzuführen, statt einen Plasmabrenner zu verwenden. Eine Anzahl von Rohrleitungen (2) sind rund um das Unterteil des Schachtofens (1) angeordnet, welche entweder mit Plasmabrennern oder mit Zuführeinrichtungen für Sauerstoff sowie mit Zuführeinrichtungen für ein Oxidationsmittel und eventuell pulverigem kohlehaltigen Material bestückt sind. In dieser Höhe wird sowohl das nach unten durch den Schacht wandernde koksartige Material sowie jegliches pulverförmiges kohlehaltiges Material, welches eingeblasen wurde, vollständig vergast. Alles CO2 und H2O, welches die Reaktionszone kurz vor der Rohrleitung verläßt, kann weiter oben im Schacht mit dem klumpigen Material auf seinem Weg nach unten reagieren und dabei hauptsächlich CO und H2 erzeugen. Das hauptsächlich aus CO und H2 bestehende Gas kann den Schachtofen durch die Ringleitung (4) verlassen. Es kann ratsam sein, Schlackenbildner in dieser Höhe durch die Materiallanzen (2) zuzuführen und die Viskosität und den Schmelzpunkt der Schlacke und/oder Schwefel-Absorptionsmittel, welche Ca und/oder Mg enthalten wie beispielsweise Dolomitpulver, zu regeln. Es ist auch möglich, die Wärmezufuhr über Plasmabrenner in dieser Höhe durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials mittels Sauerstoff zu ersetzen. Falls eine flüssige Schlacke gewünscht wird, so müßte die Temperatur in der Reaktionszone vor den Rohrleitungen (2) im unteren Teil des Schachtofens auf über 1600 °C gehalten werden. Wenn die Anlage unter Bildung von fester Asche betrieben wird, so müßte diese Temperatur unter 1400 C gehalten werden. Das vorbeschriebene Verfahren zur Vergasung von kohlehaltigem Material bietet beträchtliche Möglichkeiten einer Regelung des ^/CO-Verhältnisses im erzeugten Gas, und zwar teilweise, da das Verhältnis von CO2/H2O im Oxidationsmittel reguliert werden kann, und teilweise durch Aufteilung der Wärmezufuhr zwischen teilweiser Verbrennung und durch Plasmabrenner. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung, bei dem kohlehaltiges Material in stückiger Form durch eine Schleuse in einen Reaktor, vorzugsweise einen Schachtofen, von oben her bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das «zeugte Gas vom Schachtofen in einer Höhe unter der Oberfläche des kohlenhaltigen Materials abgezogen wird und daß Oxidationsmittel, z. B. O2, CO2, H2O, und gegebenenfalls Wärmeenergie in geringer Höhe des Schachtofens, unterhalb des Gasauslasses und Wärmeenergie sowie gegebenenfalls zusätzliches Oxidationsmittel über der Oberfläche des kohlenhaltigen Materials zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Gas aus dem Schachtofen in einer Höhe von mehr als 50 cm unter der Höhe, bis zu welcher das kohlehaltige Material eingefüllt ist, abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel und gegebenenfalls Wärmeenergie dem Schachtofen in einer Höhe annähernd 100 cm unter der Höhe, in welcher das Gas abgezogen wird, zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel H2O, CO2 und/oder sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch ein Gas zugeführt wird, welches durch einen Plasmabrenner hindurchgeschickt wird. -3- Nr. 389887
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie zumindest teilweise durch Verbrennung des kohlehaltigen Matmals im Schachtofen und gegebenenfalls durch Verbrennung von zusammen mit dem Oxidationsmittel zugefflhrten pulverförmigen kohlehaltigen Material zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidarionsmitel der Oberfläche des kohlehaltigen Materials in einer Menge zugefiiihrt wird, die zumindest eine teilweise Oxidation der flüchtigen Bestandteile des kohlehaltigen Materials ermöglicht
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ca und/oder Mg enthaltendes pulverförmiges Material zusammen mit dem pulverförmigen kohlehaltigen Matmal zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Anbrüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Matmal eine flüssige Schlacke bildet, welche am Boden des Schachtofens abgezogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem kohlehaltigen Material ein Schlackenbildner zugesetzt wird, um die Zusammensetzung der Schlacke derart zu steuern, daß ein geeignetes Rohprodukt für die Herstellung von Zement erhalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke granuliert wird und schnell mit Wasser abgekühlt wird, nachdem sie abgezapft wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material in fester Phase bleibt und als festes Nebenprodukt im unteren Teil des Schachtofens abgegeben wird.
13. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlehaltige Material vollkommen oder teilweise aus Kohle, Koks, Preßkohle, Holz, teilweise verkohltem Holz, Holzkohle, Lignit oder Torf besteht
14. Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Reaktor in Form eines Schachtofens mit einer oberen Schleuse für die gasdichte Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe im Schachtofen, einem Schlackenabzug am Boden des Schachtes und einem mit einem Gasauslaß für das erzeugte Gas versehenen Ringleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (5) unterhalb der vorgegebenen Füllhöhe angeordnet, ein Plasmagenerator (7) zur Zufuhr von Wärmeenergie oberhalb der vorgegebenen Füllhöhe und Zufuhreinrichtungen (2) für Oxidationsmittel im unteren Teil des Schachtofens (1) angeordnet sind.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (2) zur Zufuhr von pulverförmigem kohlehaltigem Matmal im unteren Teil des Schachtofens angeordnet sind.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Schachtofens Plasmageneratoren (3) angeordnet sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-