AT396366B - Verfahren zur erzeugung eines kohlenmonoxid und wasserstoff enthaltenden gases unter verwendung eines plasmagenerators mit anschliessender entschwefelung - Google Patents

Description

AT 3% 366 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases unter Anwendung handelsüblich bekannter Technologie und Verwendung von Ausgangsmaterial, das Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff enthält, wobei dieses Gas direkt, ohne energie- und kostenaufwendige Waschvorgänge, als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendbar ist

Bei Verfahren, welche die Verbrennung ausnutzen, um Energie zu liefern, sowie in Verfahren, welche andere Ausgangsstoffe als getrockneten Koks verwenden, wie beispielsweise bituminöse Kohle, Pech und dgl., wird ein Gas erhalten, welches H20 und Kohlenwasserstoffe ebenso wie CO + H2 enthält.

Normalerweise wird auf einen Maximalgehalt an C02+H20 von etwa 10 % im Gas hingearbeitet, während gleichzeitig der Gehalt an schweren Kohlenwasserstoffen so nahe wie möglich bei 0 % liegen sollte.

In herkömmlichen Vergasungsprozessen, welche Sauerstoffgas (Luft) und Dampf verwenden, bei denen das Gas und kohlenstoffhaltiges Material sich im Gegenstrom bewegen, ist es möglich, die Wärme besonders gut auszunutzen, doch kann dieses Gas infolge der niedrigen Reaktionstemperatur große Mengen an Teer enthalten. Außerdem erhält man ein Restprodukt in Form von Asche, welche schwer zu beseitigen ist, ohne die Umgebung zu schädigen. Beträchtliche Vorteile lassen sich durch Erhöhung der Reaktionstemperatur in der Verbrennungsstufe erzielen, sodaß die Asche schmilzt, und durch Erhöhung des Prozeßdruckes. Die abgelassene und festgewordene Schlacke ist äußerst widerstandsfähig gegenüber Auslaugen und die Produktion pro Einheitsvolumen des Reaktors wird erhöht. Außerdem kann der Überschuß an Sauerstoff für Reduktionsprozesse auf einer vernünftigen Höhe gehalten werden, d. h. es braucht weniger an gebildetem Kohlenmonoxid zu C02 verbrannt zu werden, um beispielsweise Wärmeverluste abzudecken. Das Teerproblem bleibt jedoch bestehen, und das Gas kann daher nicht direkt, beispielsweise als Reduktionsgas, verwendet werden.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, den Gehalt an C02 und H20 zu senken, weil es oft nicht sinnvoll oder nicht möglich ist, die Reaktionstemperatur oder den Prozeßdruck geeignet hoch zu wählen, sodaß der Anteil an C02 und H20 unerwünscht hoch ist. Z. B. ist aus der DE-OS 2 413 558 ein Verfahren zur Herstellung von Reduktionsgas mit wenig C02- und H20-Anteil bekannt. Dabei wird von einem Kreislaufgas mit hohen C02-, H20- und Kohlenstoff- oder

Kohlenwasserstoff-Anteilen ausgegangen und dieses ganz oder teilweise durch einen Plasmagenerator geleitet, um die für die anschließende Reaktion geeignete Temperatur zu erzielen.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der DE-OS 25 24 177 bekannt. Dort ist geoffenbart, daß man reduzierende Gase dadurch herstellt, daß man in ein Metallbad einen Brennstoff und einen Sauerstoffträger einbringt und die so hergestellten reduzierenden Gase durch einen Plasmabrenner erhitzt. Auch gemäß der erst nach dem Prioritätstag veröffentlichten EP-A2-157 917 wird ein Gas, das H2, CO, Kohlenwasserstoffe oder Kohlenstoff, H20 und C02 enthält, in einem Plasmagenerator erhitzt, um Reduktionsgas, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, zu erhalten.

Bei all diesen Verfahren wird das Gas selbst, dessen Gehalt an Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoff, C02 und H20 reduziert werden soll, im Plasmagenerator erhitzt. In der EP-Al-153 235 wird vorgeschlagen, eine zusätzlich dem Gas zuzuführende Komponente, z. B. H2, in einem Plasmagenerator entsprechend hoch zu erhitzen und mit dem Gas zu vermischen, sodaß eine ausreichend hohe Reaktionstemperatur erreicht wird.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, das die Verwendung jedes beliebigen Ausgangsmaterials erlaubt, welches Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff für die Gaserzeugung verwendet, und bei dem handelsüblich bekannte Technologie angewendet wird, wobei das Gas keinen energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen werden muß, bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendet wird. MaW: Das Verfahren soll ein Gas schaffen, das auch ohne Verwendung aufwendiger Reinigungsstufen arm an Schwefelverbindungen, C02 und H20 ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß das aus einem Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden Ausgangsstoff hergestellte Gas gleichzeitig mit in einem Plasmagenerator erhitzter Luft in eine Reduktionskammer eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene Kohlenwasserstoff zerlegt wird, daß der Gehalt an C02 und H20 in dem die zusätzliche Reaktionskammer verlassenden Gas auf unter 5 % gesteuert wird, und daß das Gas nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung geleitet wird, in welcher Schwefel entfernt wird, restlicher Kohlenwasserstoff zerlegt wird und eine Reaktion mit dem Oxidationsmittel erreicht wird.

Es wurde festgestellt, daß durch Zufuhr eines heißen Gases, welches durch einen Plasmagenerator erhitzt wurde und daher eine extrem hohe Energiedichte besitzt, ein thermischer Zerfall des Kohlenwasserstoffs im Gas ebenso erzielt wird wie die Reaktion mit H20, 02 und/oder C02 im Gas zur Ausbildung von H2 und CO. Infolge der hohen Energiedichte in dem zugeführten Gas wird eine vergleichsweise geringe Gasmenge benötigt, wodurch der Prozeß möglich wird.

Das Gas kann durch Pyrolyse oder partielle Verbrennung von Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff enthaltendem Material wie beispielsweise Torf, Steinkohle, Anthrazit oder Forstabfälle erzeugt werden. Wenn -2-

AT 396 366 B

Koksofengas aus der Pyrolyse von Steinkohle verwendet werden soll, ergeben sich weitere Verunreinigungen sowie Kohlenwasserstoffe. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch diese in der zusätzlichen Reaktionskammer zerlegt werden.

Das Gas wird nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktions-Kammer durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung geleitet, um Schwefel zu entfernen. Der für diese Entschwefelung verwendete Kalkstein oder Dolomit kann auch als Katalysator zum Zerlegen von Kohlenwasserstoff und bei der Reaktion mit Oxidationsmittel wirken. Dadurch kann der Stromverbrauch in der zusätzlichen Reaktionskammer entsprechend gesenkt werden. Der Gehalt an CO2 + H2O im Gas der zusätzlichen Reaktionskammer wird dabei auf unter 5 % gesteuert Die

Steuerung des CO2 + H20-Anteils durch Änderung der Luftzufuhr in den Reaktor ist notwendig, um eine gute

Reinigung von Schwefel zu erreichen. Somit schreibt die vorliegende Erfindung die Verwendung von Luft als Plasmagas und ein Verhältnis CO2/CO von weniger als 5 % vor; die EP 153 235 schreibt hingegen ein Verhältnis von 10-20 % vor.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung, welche schematisch das Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Gaserzeugungsprozesses in Verbindung mit einem anschließenden Reduktionsprozeß zeigt

In einem Vergaser oder Koksofen (1) wird ein Rohgas erzeugt. Das erzeugte Rohgas wird einer zusätzlichen Reaktionskammer (2) zugeleitet. In Verbindung mit dieser zusätzlichen Reaktionskammer ist zumindest ein Plasmagenerator (3) für die Zufuhr eines Heißgases mit hoher Energiedichte vorgesehen. Der Kohlenwasserstoff im Rohgas wird in der zusätzlichen Reaktionskammer zerlegt und reagiert unter Ausbildung von CO + H2. Feinverteilter Koks oder H2O können über Lanzen (4) in die zusätzliche Reaktionskammer eingeblasen werden, um das Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis einzustellen.

Anschließend wird das Gas im Schacht (5) einer Entschwefelung unterworfen, wobei dieser Schacht eine Füllung (6) aus Kalkstein oder Dolomit enthält, welche durch eine gasdichte Schleuse (7) zugeführt werden, während verbrauchte Füllung am Boden des Schachtes durch eine gasdichte Schleuse (8) abgenommen wird. Irgendwelche im Gas zurückgebliebenen Kohlenwasserstoffe werden in der Kalkstein- oder Dolomitfüllung ebenfalls katalytisch zerlegt. Dies kann ausgenutzt werden, um den elektrischen Stromverbrauch im Plasmagenerator (3) zu senken, welcher für den thermischen Zerfall des Kohlenwasserstoffgehaltes verwendet wird.

Das auf diese Weise gereinigte Gas, welches im wesentlichen nur H2 + CO sowie eine geringe Menge an H2O + CO2 enthält, kann einer Kammer (9) zugeleitet werden, um in Bezug auf seine Temperatur und

Zusammensetzung kontrolliert zu werden, bevor es in einen Schachtofen (10) zur Reduktion von oxidischem Material eingeleitet wird.

Das erzeugte Gas wird durch einen Einlaß (12) am Boden des Schachtofens (10) eingeleitet und strömt im Gegenstrom zu dem Metalloxid enthaltenden Material durch den Schachtofen (10) hindurch. Das teilweise verbrauchte Gas, welches Verunreinigungen und Staub enthält, wird durch einen Auslaß (13) abgesaugt und in einem Wäscher (14) gereinigt.

Das gereinigte, teilweise verbrauchte Gas kann dann für andere Zwecke verwendet werden, wie dies durch den Pfeil (15) angezeigt wird. Erforderlichenfalls kann ein Teil des Gases über Leitungen (16,16a, 16b) erneut dem Verfahren zugeleitet werden und beispielsweise in der Mischkammer (9) verwendet werden, um die Temperatur und Zusammensetzung des in den Schachtofen einzuleitenden Gases zu steuern. Ein Teil des wieder in Umlauf gebrachten Gases kann auch im Plasmagenerator in Verbindung mit der zusätzlichen Reaktionskammer verwendet weiden.

Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel weiterhin illustriert 10 to Forstabfälle, welche 30 % Wasser enthielten und im übrigen folgende Zusammensetzung hatten CHONS Asche 51 6,2 42 0,2 0,5 0,5 % werden von oben her pro Stunde in einen Gegenstromvergaser eingebracht, während ein Oxidationsmittel am

Boden des Vergasers in Form von auf 1000 °C erhitzter Luft eingeleitet wird. An Luft werden 3700 Nm^ zugesetzt Das Gichtgas hatte folgende Zusammensetzung n2 ch4 15,8 2,9 %. co co2 h2 h2o 25,8 9,8 41,1 4,8 -3-

Claims (2)

1. AT 396 366 B Gleichzeitig wird eine Teerprobe entnommen, welche zeigt, daß das Gas 3,2 g an Teer/Nm^ enthält Die Temperatur des ausströmenden Gases beträgt 440 °C und sein Volumen etwa 17200 NnA Das Gas wird nunmehr einer zusätzlichen Reaktionskammer zugeleitet und durch in Plasmageneratoren erhitzte Luft erhitzt Die benötigte Luftmenge beträgt nur etwa 2100 NnA Mit Hilfe des Plasmagenerators wird die Temperatur des eintretenden Gases auf 1250 °C erhöht, und dies bei einem Stromverbrauch von annähernd 8,7 MWh. Aus dem erhitzten Pyrolysegas werden somit die Methan- und Teeranteile entfernt und das die Kammer verlassende Gas hat folgende Zusammensetzung CO co2 h2 h2o n2 28,6 4,8 29,6 13,6 23,4 Die Gasmenge an ausströmendem Gas beträgt annähernd 19900 Nur. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases unter Anwendung handelsüblich bekannter Technologie und Verwendung von Ausgangsmaterial, das Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff enthält, wobei dieses Gas direkt, ohne energie- und kostenaufwendige Waschvorgänge, als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden Ausgangsstoff hergestellte Gas gleichzeitig mit in einem Plasmagenerator (3) erhitzter Luft in eine Reduktionskammer (2) eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene Kohlenwasserstoff zerlegt wird, daß der Gehalt an C02 und H20 in dem die zusätzliche Reaktionskammer (2) verlassenden Gas auf unter 5 % gesteuert wird, und daß das Gas nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer (2) durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung (6) geleitet wird, in welcher Schwefel entfernt wird, restlicher Kohlenwasserstoff zerlegt wird und eine Reaktion mit dem Oxidationsmittel erreicht wild.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die zusätzliche Reaktionskammer (2) fein verteilt» Koks und/oder Wasser eingeblasen wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-