DE2120315B2

DE2120315B2 - Verfahren zum Herstellen von Wasserstoff und Kohlenstoffoxide enthaltendem Synthesegas aus festen, organischen Abfällen

Info

Publication number: DE2120315B2
Application number: DE2120315A
Authority: DE
Inventors: Robert James Pinole Calif. White (V.St.A.)
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1970-05-05
Filing date: 1971-04-26
Publication date: 1980-05-08
Also published as: NL170725C; NL7106157A; GB1333958A; US3759677A; FR2090855A5; DE2120315A1; CA939149A; JPS5210883B1; DE2120315C3

Description

Gegenstand der Erfindung ist das in den Patentansprüchen definierte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoffoxide enthaltendem Synthesegas.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Herstellung von Synthesegas aus festen organischen Abfällen, insbesondere aus festem Stadtmüll, als Brennstoff bei möglichst niederen Temperaturen und dennoch hoher Reaktionsgeschwindigkeit, d. h. mit einem katalytischen Verfahren.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Synthesegas oder wasserrtoffreichen Gasgemischen bekannt; die wichtigsten sind die Kohlenwasserstoff-Wasserdampf-Reformierung und die Teiloxidation von Kohlenwasserstoffen oder Kohle.

Bei Teiloxidationsverfahreti wird ein Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt. Es wird dabei eine für die vollständige Verbrennung nicht ausreichende Menge Sauerstoff verwendet. Die Reaktion kann mit gasförmigen, flüssigen oder festen Kohlenwasserstoffen durchgeführt werden.

Es werden sowohl katalytische als auch nichtkatalytische Teiloxidationsverfahren angewendet. Geeignete Betriebsbedingungen sind z. B. Temperaturen von 1093 bis etwa 176O⁰C und Drucke bis zu etwa 82,7 bar Überdruck.

Die Herstellung von Wasserstoff und anderen Gasen aus Abfallprodukten, die z. B. bei der Herstellung von Papier aus Holzspänen anfallen, ist z. B. aus der US-PS 33 17 292 bekannt. Hierbei werden Abfälle, die u. a. aus der Reaktion von Lignin enthaltenden Materialien mit Alkali-Karbonaten stammende Bestandteile enthalten, in ein aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes Gasgemisch umgewandelt, indem man sie mit Wasserdampf und Sauerstoff in einer Reaktionszone bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von 550 bis 1000⁰C umsetzt.

Die Verwendung von Katalysatoren wie Kaliumcarbonat für die Reaktion von Kohlenstoff mit Wasserdampf unter Bildung von Wasserstoff ist auch aus »Journal of the American Chemical Society«, Band 43.

Seite 2055, (1921), bekannt. Jedoch konnte hieraus nicht auf das Geeignetsein von Kaliumcarbonat zur Katalyse der Umsetzung von so hohen Sauerstoffmengen, zumindest 25 Gew.-°/c, enthaltendem organischen "- Abfallmaterial mit Wasserdampf unter Bildung von Wasserstoff geschlossen werden.

In der US-PS 34 71 275 ist ein nichtkatalytisches Verfahren zur Umwandlung von Abfällen oder müllartigem Material in wasserstoffreiche Gase beschrieben, lu bei dem der Abfall in einer Retorte von außen auf eine Temperatur zwischen etwa 900 und 1200° C erhitzt wird. Am Boden der Retorte wird Wasserdampf so eingeleitet, daß er sich im Gegenstrom zu dem Abfallmaterial bewegt, das der Retorte an ihrem oberen 1"> Ende zugeführt wird.

Die in der US-PS 9 69 733 zugrundeliegende Aufgabe

ist die kontinuierliche Gewinnung von Gas aus Müll durch zersetzende Destillation, die als Brennstoff und zu Beleuchtungszwecken geeignet ist, wobei der Geruch

2(i des Gases zerstört werden soll.

Dies soll durch den Zusatz eines Gemisches aus Eisensulfat, Ammoniumchlorid und Natriumcarbonat zu der« von anorganischen Anteilen befreiten Müll erreicht werden.

In der US-PS 32 52 773 ist als Stand der Technik erwähnt, daß ältere Verfahren zur Kohlenvergasung bekannt sind, bei denen Kohlenstoff als Brennstoff, der mit Alkalimetallcarbonaten imprägniert ist, zunächst zur Wärmeerzeugung einer partiellen Verbrennung unterworfen und sodann mit Wasserdampf umgesetzt wird. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß befriedigende Reaktionsgeschwindigkeiten in erster Linie durch eine Verfahrensweise bei hohen Temperaturen erreichbar sind. Das Verfahren gemäß der US-PS 32 52 773 zur Vergasung kohlenstoffhaltiger fester Brennstoffe mit Wasserdampf bei einer Temperatur bis zu 982°C zu vorwiegend CO- und H2-haItigen Gasen zeichnet sich dadurch aus, daß ein Salz, ein Alkalicarbonat (Natrium-, Kalium- oder Lithiumcarbonat), welches bei den Reaktionstemperaturen im geschmolzenen Zustand vorliegt, als »Reaktions-« bzw. »Vergasungsmedium«, d. h. als Wärmeüberträger dient. Es wird zwischen einer ersten Zone, in der die endotherme Vergasungsreaktion abläuft, und einer zweiten Zone, in der es wieder aufgeheizt wird, im Umlauf geführt. Zudem dient es zu einer leichteren Entfernung von Ascherückständen. Dieses Salz wird in einem etwa 2- bis 25fachen Überschuß zum kohlenstoffhaltigen Beschickungsmaterial eingesetzt. Neben mehreren festen kohlenstoffhaltigen Beschickungsmaterialien sind auch Abfallprodukte, wie z. B. Holz und andere Pflanzenstoffe bzw. Produkte als Beschickungsmaterial genannt.

Die CH-PS 4 84 262 betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Müll, bei dem die brennbaren Müllanteile mittels Luft, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid oder einem Gemisch dieser Stoffe zur Bildung brennbarer Gase bzw. Synthesegas unvollkommen verbrannt werden.

Die der DE-PS 4 55 595 zugrundeliegende Aufgabe ist die Gewinnung schwefelarmer Generator-Gase bei der Vergasung von nicht entgasten oder nicht verkokten Brennstoffen, wie z. B. von Steinkohle. Dem Brennstoff wird hierfür gebrannter Kalk im Gaserzeuger zugegeben. Der Kalk kann auch ganz oder teilweise durch feste oder gelöste Alkalien oder deren Karbonate ersetzt sein.

Der Artikel in »Brennstoff-Chemie«, 1939, Seiten 373

bis 376, befaßt sich mit dem Einfluß anorganischer Zusätze auf die Schwelung von Braunkohle und die Vergasung von Schwelkoks mit Wasserdampf. Unter anderem wurde der an einem mit K2CO3 (einer Menge von 8% K.2O entsprechend) imprägnierten Braunkohlenschwelkoks auftretende Wasserdampfumsatz in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt. Es wurde nachgewiesen, daß die Umsätze am imprägnierten Braunkohlenschwelkoks bei 700° C erheblich größer war ϊη, als am nichtimprägnierten, wie die Versuchsergebnisse in einer Tabelle (S. 375) zeigen. Ferner ergibt sich aus Abs. 3, daß in einem breiten Temperaturbereich der Wasserdampfumsatz an den aschearmen Kohlenstoffsubstnnzen Graphit, Stein- und Braunkohlenschwelkoks und Holzkohle erhebliche Unterschiede zeigt.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt — wie gesagt — die Aufgabe zugrunde, das Vergasen von festen organischen Abfällen mii Wasserdampf in Gegenwart von Natrium- oder Kaliumcarbonat zur Bildung von Wasserstoff und Kohlenoxiden bei geringeren Temperaturen innerhalb annehmbarer Zeiträume zu ermöglichen, oder bei üblicherweise angewandten Temperaturen eine wesentlich höhere Gasbildungsgeschwindigkeit zu erreichen, wenn die Beschikkung einen Sauerstoffgehalt von 25% oder mehr aufweist

Der Grund für die hohe Reaktionsgeschwindigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren ist nicht völlig geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß der Sauerstoffgehalt des als Beschickung dienenden festen organischen Abfallmaterials einen wichtigen Faktor darstellt. Dieses enthält Wasserstoff sowie Kohlenstoff und muß zudem mindestens 25 Gew.-% Sauerstoff enthalten. Die Gegenwart von Sauerstoff in der organischen Beschickung trägt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren offenbar zu der relativ hohen Reaktionsgeschwindigkeit bei, indem dieser den Abfall-Brennstoff der Umsetzung mit Wasserdampf zur Bildung von Wasserstoff zugänglicher macht Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen festen organischen Abfall mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 35 bis 70 Gew.-% als Brennstoff erwies sich als besonders vorteilhaft.

Die Anwendung des Verfahrens auf einen organisehen Abfall als Brennstoff, der den Sauerstoff im wesentlichen in Form von polyhydroxylierten Verbindungen, zu denen Kohlenhydrate wie Zellulose und Zucker gehören, enthält, erwies sich unter dem Gesichtspunkt einer möglichst hohen Reaktionsgeschwindigkeit mit Wasserdampf zur Bildung von Synthesegas als besonders vorteilhaft.

Der Sauerstoff- und der Wasserstoffgehalt in dem organischen Abfall ist chemisch gebundener Sauerstoff oder Wasserstoff mit dessen Kohlenstoff.

Es ist wichtig, daß die vorgenannte Beschickung für das erfindungsgemäße Verfahren weniger als 5 Gew.-% Schwefel enthält Der Schwefel wird als elementarer Schwefel berechnet, obgleich er gewöhnlich in Form einer anorganischen oder organischen Schwefelverbindung vorliegt. Es ist daher zu beachten, daß der feste organische Abfall frei von hohen Prozentsätzen anorganischer oder organischer Schwefelverbindungen ist, d. h. dal} die Beschickung weniger als 5 Gew.-% Schwefel enthält. Beschickungen wie schwarzes Kraftpapierabwasser, das bei der Herstellung von Papierpulpe als Abfall anfällt, sind für das erfindungsgemäße Verfahren wegen des; relativ hohen Gehaltes an Schwefelverbindungen nicht geeignet. Schwefel ist unerwünscht wegen der Reaktorkosten und insbesondere wegen der erhöhton Schwierigkeiten bei der Entfernung von Schwefelverbindungen aus dem Synthesegas. Der Schwefelgehalt der organischen Beschickung liegt daher vorzugsweise unter etwa 3 Gew.-%.

Der verwendete Katalysator ist Natriumcarbonat oder vorzugsweise Kaliumcarbonat. Das Natrium- oder Kaliumcarbonat wird der Beschickung vorzugsweise als

lu Lösung zugeführt

Bei Verwendung von festen organischen Abfällen, wie Haushaltsmüll, festem Stadtmüll, Rückständen aus Kläranlagen, Industrie-Abfällen wie Sägespäne, landwirtschaftlichen Abfällen wie Maishüisen oder anderen

\^ry zellulosehaltigen Abfällen werden hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt.

Fester Stadtmüll enthält typischerweise wesentliche Mengen an Proteinen, Fetten, Zellulose, Zucker, Stärken und Kohlenwasserstoffen. »Wesentliche Men-

2i) gen« bedeutet mindestens etwa 1 Gew.-% der Gesamtbeschickung an festem Stadtmüll. Gewöhnlich enthält fester Stadtmüll wenigstens 2 Gew.-% der genannten Bestandteile. Der feste Stadtmüll kann eine wesentliche Menge Feuchtigkeit enthalten.

2^r> Stadtmüll wird besonders bevorzugt, da festgestellt wurde, daß dieser besonders gut für die Herstellung von Wasserstoff geeignet ist.

Eine der Reaktionen ist die Reaktion von zellulose- oder zuckerartigem Stoff mit Wasserdampf unter

JIi Bildung von Wasserstoff und Kohlenoxiden. Betrachtet man den Zellulose- und zuckerartigen Stoff als einfachen Zucker wie Glucose, so findet folgende Reaktion statt:

CaHi₂O₆+ 6 H₂O- 6CO₂+ 12H₂

ü Es werden Temperaturen von 260 bis 871, vorteilhafterweise von etwa 371 bis 87 ΓC in der Reaktionszone angewandt. Temperaturen zwischen 427 und etwa 649 oder 760⁰C werden besonders bevorzugt. Höhere Temperaturen erfordern übermäßige Wärmemengen

4(i und erhöhte Reaktorkosten und ergeben auch geringere Ausbeuten an Wasserstoff. Es wurde gefunden, daß, dank der katalytischen Wirksamkeit des Natrium- bzw. Kaliumcarbonats, die Reaktion der organischen Beschickung mit Wasserdampf bei vorgenannten Tempe-

4^r> raturen einen überraschend wirtschaftlichen Weg zur Herstellung eines wasserstoffreichen Gases bei relativ geringem Wärmeaufwand darstellt.

Das Verfahren kann innerhalb eines weiten Druckbereiches, von etwa 0,98 bis zu 196 bar, durchgeführt

so werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck in der Reaktionszone zwischen etwa 29,4 und etwa 147 bar gehalten. Da sich die Reaktion des festen Mülls mit Wasserdampf als ziemlich rasch erwies, verglichen z. B. mit der Reaktion

Vi von Koks oder Kohle mit Wasserdampf, kann eine erhebliche Produktionsgeschwindigkeit von Wasserstoff aus festen Abfällen bei relativ hohen Drucken bis zu 196 bar, insbesondere zwischen etwa 34,2 und 137,8 bar erzielt werden. Die bevorzugten, relativ niedrigen

hi Temperaturen, d.h. unter 760⁰C, haben bei hohen Drucken beträchtliche Einsparungen an Reaktorkosten zur Folge. Hohe Reaktior.sdrucke bieten den Vorteil, daß das Synthesegas nur eine geringe oder keine Kompression benötigt, bevor es in einem Hochdruck-

h^ri verfahren zur Kohlenwasserstofferzeugung u. ä. verwendet wird. Außerdem kann CO₂ wirtschaftlicher entfernt werden, z. B. durch Absorption mit Methanol oder Pronviencarhonat.

Es wurde gefunden, daß die Reaktionsgeschwindigkeit gewisser fester, sauerstoffhaltiger, organischer Abfallmaterialien mit Wasserdampf zur Bildung von Synthesegas etwa zehnmal so groß ist wie die Reaktion von Kohle mit Wasserdampf zu Synthesegas und ■-, Kohlenoxiden bei vergleichbaren Temperaturen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren setzt man ein sauerstoffhaltiges Gas, wie Luft oder molekularen Sauerstoff, der Reaktionszone zu, um einen Teil der festen organischen Abfälle mit Wasserdampf zu to Synthesegas und Kohlenoxiden zu verbrennen. Die erforderliche Wärme für die endotherme Reaktion von Wasserdampf mit dem organischen Material kann aber auch zugeführt werden, indem man den der Reaktions-7Ano ^tKTofnhrlon W/acc*»rHiamr»f auf oino aiicrPiplippH ■ r

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hohe Temperatur erhitzt.

Bevorzugt wird die Zuführung des organischen Abfalls und des Wasserdampfes in die Reaktionszone in gleicher Richtung. Hierbei führt man sowohl die Beschickung als auch den Wasserdampf in den oberen Teil des Reaktors ein und bewirkt so ein Abwärtsfließen und zieht das Produkt aus dem unteren Teil des Reaktors ab. Dies hat zur Folge, daß weniger öliges Material und nichtumgewandelte Kohlenwasserstoffe aus der Reaktionszone abgezogen werden. Auch kann >^Γ> die Temperatur in der Reaktionszone bei den bevorzugten relativ niedrigen Werten so gesteuert werden, daß die Ausbeute an Synthesegas in der Reaktionszone weiter gesteigert wird.

Die Zeichnung stellt ein Fließschema einer bevorzug- jo ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.

Wie Pfeil 1 zeigt, wird der feste organische Abfall mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 25 Gew.-% und einem Schwefelgehalt unter 5 Gew.-% als Beschickung dem Verfahren zugeführt. Anorganische Bestandteile, wie z. B. Metalle und insbesondere eisenhaltiges Material werden aus dem festen Müll entfernt. Die organischen Bestandteile des festen Mülls sind u. a. Kleidungsstücke, Nahrungsmittelteile und Nahrungsmiiieischa'en, Kunststoffe, Papier, Pappe, Holz usw.

Ein Förderband 2 führt die Beschickung, wie durch den Pfeil 3 dargestellt, in einen trichterförmigen Vorratsbehälter 4, aus dem sie durch das Rohr 5 dem Reaktor 6 zugeführt wird. Im Reaktor 6 wird die Beschickung mit Wasserdampf in Berührung gebracht, der durch die Leitung 7 oder Ta zugeführt wird. Der Wasserdampf und die Beschickung setzen sich unter Bildung von Synthesegas (Wasserstoff und Kohlenoxide) und gewöhnlich kleineren Mengen verschiedener anderer Gase, wie Schwefelwasserstoff, um.

Das Natrium- oder Kaliumcarbonat kann als wäßrige Lösung in den Vorratsbehälter 4 eingeleitet werden. Die wäßrige Lösung kann aber auch mit der Beschickung vermischt werden, bevor diese in die Reaktionszone 6 eingebracht wird.

Da die Umsetzung der Beschickung mit Wasserdampf zur Bildung von Wasserstoff eine endotherme Reaktion ist, muß der Reaktionszone Wärme zugeführt werden. Die Wärme wird erhalten, indem man einen Teil der Beschickung mit Sauerstoff verbrennt, der der Reaktionszone durch die Leitung 8 zugeführt wird. Im Falle der Wasserstoffherstellung für die Ammoniaksynthese wird die Zufuhr von Luft als sauerstoffhaltiges Gas in die Reakticnszone bevorzugt, so daß eine Mischung von b5 Stickstoff und Wasserstoff für die Ammoniaksynthese hergestellt werden kann. Wenn relativ reiner Wasserstoff benötigt wird, verwendet man vorzugsweise molekularen oder gereinigten Sauerstoff. Ein Teil der Wärme kann der Fleaktionszone 6 gegebenenfalls auch durch direkte Wärmezufuhr, z. B. mittels Heizschlangen, zugeführt werden, oder aber durch Überhitzen des der Reaktionszone im Überschuß zugeführten Wasserdampfes.

Bevorzugt wird die Temperatur im Reaktor 6 durch Verbrennen eines Teils, etwa 15 bis 25 Gew.-Teile, des aus der Wärmegewinnungszone 12 in den Reaktor zurückgeführten Synthesegases, bezogen auf die Gewichtsteile des für die Verbrennung verwendeten Sauerstoffs, gesteuert. Vorzugsweise wird der Sauerstoff zum Verbrennen eines kleinen Teils des im Kreislauf geführten Synthesegases in einer Verbren-

η * Λ

"ν-

Größenordnung von etwa 816 bis 1038°C verwendet. Das so erhitzte, im Kreislauf geführte Synthesegas wird dann in den Reaktor 6 eingeführt, um dort eine Temperatur zwischen etwa 371 und 871⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 649 und 760° C, zu erzeugen.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, kann die Asche 10 aus dem unteren Teil der Reaktionszone entfernt werden, nachdem sie durch einen Rost 9 gefallen ist. Bekannte Vergasungs-Anlagen und -Vorrichtungen können für das Verfahren benutzt werden.

Gewöhnlich stellt sich im Reaktor ein Temperaturgefälle ein, wobei eine etwas höhere Temperatur im unteren Teil des Reaktors vorherrscht. Der obere Teil des Reaktors wird durch das frische Abfallmaterial gekühlt Die aus dem Reaktor durch die Leitung 11 abgezogenen Gase besitzen noch eine Temperatur von etwa 538^CC Diese wasserstoffreichen heißen Gase werden durch die Leitung 11 der Wärmegewinnungszone 12 zugeführt.

Das Verfahren wird vorzugsweise bei Drucken von 3,9 bis 19,6 bar Überdruck durchgeführt. Die Reaktion des als Beschickung eingesetzten festen organischen Abfallmaterials mit Wasserdampf unter Bildung von Synthesegas ist thermodynamisch weit günstiger als eine ähnliche Reaktion mit CH₄, Kohlenstoff, Koks, Kohle oder Kohlenwasserstoffen. Daher ist es möglich, diese Reaktion bei viel höheren Drucken durchzuführen als bei solchen, die bei den anderen Beschickungen angewendet werden. So liegen besonders bevorzugte Reaktionsdrucke zwischen etwa 29,4 und 147 bar Überdruck.

Der Wasserdampf für das erfindungsgemäße Verfahren kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Vorzugsweise wird jedoch Wärme, die in den abziehenden Gasen enthalten ist, durch Wärmeaustausch mit Wasser in einer Wärmewiedergewinnungszone 12 gewonnen und dabei Wasserdampf erzeugt, der durch die Leitung 14 aus der Wärmegewinnungszone 12 abgezogen wird. Erforderlichenfalls kann dem Wasserdampf in Leitung 14 oder in Leitung 7 zusätzliche Wärme zugeführt werden, bevor er durch die Leitung 7 dem Reaktor 6 zugeführt wird.

Ein Teil des in der Wärmegewinnungszone 12 erzeugten Wasserdampfes kann zur CO-Konvertierung verwendet werden.

In der Wärmegewinnungszone 12 werden Wasser- und andere Dämpfe kondensiert, die mit dem Gas durch Leitung 11 oder 11a aus dem Reaktor 6 abgezogen wurden. Das kondensierte Wasser enthält gelöst verschiedene im Reaktor 6 erzeugte Gase wie HCl, HBr, HJ, NH₃ oder HF sowie etwas CO₂, CO und H₂S. Die ölige Phase des Kondensates enthält Kohlenwasserstoffe und oxidierte Kohlenwasserstoffkomponenten wie

Methanol, Essigsäure, Formaldehyd, Ameisensäure oder Aceton.

Die kondensierten Phasen werden aus dem Verfahren entfernt. Sie können sodann einer weiteren Bearbeitung, z. B. einer Behandlung zur Gewinnung von öl und zur -, Abtrennung verschiedener Chemikalien, zugeführt werden.

Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Wasserdampf und der feste organische Abfall im Reaktor 6 in gleicher Richtung geführt. Demgemäß wird ι u der feste Abfall dem Reaktor 6 durch die Leitung 5 zugeführt, während Wasserdampf dem Reaktor 6 an dessen oberen Ende durch Leitung 7a zugeführt wird. Der obere Teil des Reaktors wird wegen der niedrigen Temperatur des dem Reaktor zugeführten festen r, Abfalls kälter sein als der untere Teü. Nachdem jedoch ein Teil der festen Abfälle zur Wärmeerzeugung mit Sauerstoff umgesetzt worden ist, steigt die Temperatur zum unteren Teil des Reaktors hin an. Das wasserstoffreiche Rohgas wird dann aus dem Reaktor 6 am unteren Teil durch die Leitung Ha abgezogen. Ein derartiges Arbeiten hat den Vorteil, daß die Menge der aus dem Reaktor 6 abgezogenen Destillate verringert wird, indem diese in Synthesegas umgewandelt oder im Reaktor 6 verbrannt werden. — Wenn im Reaktor 6 >-, nach dem Gegenstromprinzip gearbeitet wird, neigt der im unteren Teil des Reaktors eingeführte Wasserdampf dazu, eine gewisse Menge an Destillaten aus dem in den oberen Teil des Reaktors 6 eingeführten festen organischen Abfall mitzuschleppen. m

Die Ventile 25 und 26 werden geschlossen, wenn Reaktor 6 mit einem gleichlaufenden Strom von festem Abfall und Wasserdampf betrieben werden soll.

Das durch die Leitungen 11 oder 1 Ia abgezogene Gas ist das rohe Synthesegas. r>

Beispiel 1
(Vergleich)

Ein 1-Liter-Quarz-Reaktor wurde mit 50 g festem organischem Abfall beschickt. In diesem Fall bestand dieser Abfall aus simuliertem Stadtmüll und setzte sich aus 50 Gew.-°/o Papier, 10 Gew.-% Sägespäne, 3 Gew.-% Wolle, 2 Gew.-% Kunststoff, 10 Gew.-°/o Baumwolle, 10 Gew.-% Eisen, 2 Gew.-°/o Aluminium und 13 Gew.-o/o Nahrungsmittelschalen, wie z.B.

Orangenschalen, zusammen. Der Sauerstoffgehalt dieser speziellen organischen Beschickung betrug etwa 50 Gew.-%, ausschließlich der metallischen Materialien, wie z. B. Eisen und Aluminium.

Dem Quarzreaktor wurden innerhalb von 4 Stunden 53 ml Wasser zugesetzt. Die innere Reaktionszone im Reaktor wurde während des größten Teils der Reaktionszeit auf einer Temperatur von etwa 649 bis 760°C gehalten. Bei diesem Laboratoriumsversuch wurde kein Katalysator verwendet.

Innerhalb dieses Zeitraums von 4 Stunden wurden insgesamt etwa 22 Liter Gas erzeugt. Die maximale Gaserzeugungsgeschwindigkeit während des vierstündigen Versuchs betrug etwa 10 Liter pro Stunde. Das erzeugte Gas enthielt etwa 60 Vol.-% Wasserstoff, wobei der Rest hauptsächlich aus CO₂ und CO bestand.

Von den 50 g der Beschickung in den Reaktor verblieben 11,8g als Rückstand; 6,3 g dieses Rückstandes bestanden aus Eisen und Aluminium. Die Elementaranalyse dieses organischen Rückstandes auf Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff ergab etwa 85 Gew.-% C, etwa 1,4 Gew.-°/o H und etwa 14 Gew.-% O.

Die vorstehenden Ergebnisse erläutern, daß festes, müllartiges Material in Wasserstoff und Rückstand umgewandelt werden kann. Letzterer ist hygienisch einwandfrei. Die Ergebnisse erläutern auch, daß der Wasserstoff mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit erzeugt werden kann.

Beispiel 2

Es wurden 50 g simulierter Müll der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 mit Wasserdampf in Gegenwart von 16,6 Gew.-% Kaliumcarbonat als Katalysator, bezogen auf die 50 g des festen Stadtmülls, umgesetzt. Der Katalysator hatte eine Erhöhung der Wasserstoffgas-Produktion zur Folge. Gegenüber den beim vorstehenden Beispiel innerhalb von 4 Stunden ohne Katalysator erzeugten 22 Litern wurden 54,6 Liter Gas bei vorliegendem Versuch erhalten. Verglichen mit einer maximalen Gasbildungsgeschwindigkeit von 10 Litern pro Stunde im vorstehenden Beispiel betrug die Gasbildungsgeschwindigkeit bei vorliegendem Versuch unter Verwendung des Katalysators 24 Liter pro Stunde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Wasserstoff und Kohlenstoffoxide enthaltendem Synthesegas aus festen, organischen Abfällen als Brennstoff, die einen Sauerstoffgehalt von mindestens 25, vorzugsweise 35 bis 70 Gew.-%, aufweisen, mit sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf in Gegenwart von Alkalimetallcarbonaten bei Temperaturen zwischen 260 und 871^CC, dadurch gekennzeichnet, daß Abfälle mit einem Gehalt unter 5 Gew.-°/o Schwefel verwendet und diesen 5 bis 20 Gew.-% Natriumoder Kaliumcarbonat, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Abfalls, zugegeben werden.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf ein Verfahren, bei dem der Wasserdampf und die Abfälle in gleicher Richtung durch die Reaktionszone geführt werden.

3. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche auf Stadtmüll als Brennstoff.