DE2409008A1 - Verfahren zur herstellung von wasserstoff- und bzw. oder kohlenoxidhaltigen gasen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von wasserstoff- und bzw. oder kohlenoxidhaltigen gasen

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Description

'Verfahren zur Herstellung von wasserstoff- und bzw. oder kohlenoxidhaltigen Gasen"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von wasserstoff- und bzw. oder kohlenmonoxidhaltigen Gasen, das in folgenden Stufen verläuft:
(a) Man unterwirft eine Charge, die Kohlenstoff und bzw. oder einen oder mehrere"Kohlenwasserstoffe enthält, in einem leeren Reaktor der unvollständigen Terbrennung, so daß man einen Strom aus Rohgas erhält;
(b) das nach (a) erhaltene Eohgas kühlt man' in einem indirekten Wärmeaustauscher auf eine Temperatur von nicht unter 200°C; -
(c) man entfernt Feststoffteilchen, wie Asche und/oder Ruß aus dem nach (b) erhaltenen Rohgas, worauf man gegebenenfalls das Gas einer weiteren Reinigung und Verarbeitung unterwirft.
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ORIGINAL INSPECTED
■Μ ^_ *"*■
Bei einem Verfahren zur Gasgewinnung, wie dem oben beschriebenen, muß man Maßnahmen ergreifen, mit deren Hilfe das Rohgas von Nebenprodukten, wie Büß, Asche, flüchtigen Schwefelverbindungen, Spuren von HCF u.dgl. befreit werden kann; solche Nebenprodukte können, je nach den 'Verfahrensbedingungen und der Art des Ausgangsmaterials für die Gasgewinnung, in verschiedener Menge vorhanden sein.
Zur·Entfernung der erwähnten Nebenprodukte aus dem Rohgas sind verschiedene Verfahren bekannt. Soll sie durch Waschen des Gases mit V/asser bewirkt werden, so erhält man einen Wasserstrora, in dem ein großer Anteil der erwähnten Nebenprodukte vorhanden ist. Dieses Wasser kann ohne Reinigung nicht wiederverwendet werden, da die. Konzentration an !Feststoffteilchen und gelösten Gasen immer höher und höher v/erden würde. Außerdem steigt die Menge- an V/asser kontinuierlich an, was auf der Kondensation des bei der Gasgewinnung gebildeten Wasserdampfes und auf der Zufuhr von Dampf bei diesem Verfahren beruht. Aus dem Verfahren muß daher unbedingt Wasser abgezogen wer.den und zwar ein Wasser, das keinerlei unerwünschte Bestandteile aufweist. Verwendet man zur Abtrennung der !feststoffteilchen aus dem Rohgas Zyklone, so treten die gleichen Probleme auf, da auch das Gas, das aus den Zyclonen austritt, gewaschen werden muß, um ihm die restlichen Feststoffteilchen zu entziehen. Dieses Wasser enthält auch gelöste Gase. Wie man sieht, muß auch in diesem Fall dem Verfahren Wasser entzogen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Lösung der hier auftretenden Schwierigkeiten an.
Erfindungsgemäß wird der Entzug von Feststoffteilchen in Stufe (c) auf folgende Weise bewirkt:
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(d) Man kombiniert das aus Stufe (a) oder (b) erhaltene . Rohgas mit einer aus Stufe (f) erhaltenen wäßrigen Suspension mit dem Resultat, daß das gesamte Wasser verdampft und der Wasserdampf von dem Gasstrom mitgeführt wird;
(e) man führt das (d) erhaltene Gas durch einen oder mehrere gasdichte Zyklone zwecks Abtrennung der Feststoffteilchen;
(f) man bringt das in (e) erhaltene Gas in direkten Kontakt mit Wasser, dessen !Temperatur mindestens dem Taupunkt des in (a) erhaltenen Rohgases entspricht, so daß man eine wäßrige Suspension von Feststoffteilchen und ein Gas, das frei von solchen Teilchen ist, erhält;
(g) einen Teilstrom der gemäß (f) erhaltenen wäßrigen Suspension führt man nun in die Gas-Flüssigkeits-Kontaktstufe (f) zurück, während man den anderen Teilstrom für die Kombination gemäß Stufe (d) verwendet .
Der Entzug von Feststoffteilchen, wie Asche und/oder Ruß aus dem Rohgas wird in zwei Stufen durchgeführt. Mit Hilfe von einemoder mehreren Zyklonen kann man etwa 90 % der in dem aus Stufe (a) oder Stufe (b) erhaltenen Rohgas vorhandenen Feststoffteilchen entfernen. Die in dem Gas noch ■ zurückbleibenden festen Teilchen werden mit V/asser ausgewaschen. Durch das Auswaschen wird gleichzeitig ein Teil der gasförmigen Nebenprodukte, wie Schwefelverbindungen und Spuren von HCN, entfernt. Das Volumen des Waschwassers nimmt nicht zu, da beim Beginn des Auswaschens die Temperatur des Waschwassers mindestens dem Taupunkt des bei der Gaserzeugung erhaltenen Gases entspricht, so daß keinerlei aus der Gaserzeugung stammender Wasserdampf kondensiert
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werden kann. Sämtliches Waschwasser bleibt im Verfahren. Da von diesem Wasser ein Teilstrom zu dem Rohgas zurückgeleitet wird, kann im anderen Teilstrom, der in den Waschprozess zurückgeleitet wird, die Konzentration der Feststoffteilchen ein Gleichgewicht erreichen. Vorzugsweise ist der Teilstrom, der in Stufe (f) zurückgeführt wird, 5-bis 20mal so stark als der Teilstrom, der in Stufe (d) zurückgeleitet wird. Die mit dem ersterwähnten Teilstrom mitgeführten Feststoffteilchen werden dem Gasstrom zugeleitet, ehe er den Zyklon erreicht, so daß im Stadium des Gleichgewichtes sämtliche Feststoffteilchen durch den bzw. die Zyklone entfernt werden.
Das Wasser des ersterwähnten Teilstroms wird einem Gasstrom zugeleitet, der eine Temperatur von mindestens 200°C und vorzugsweise mindestens 25O°C hat. Diese Temperatur ist wesentlich höher als diejenige des Taupunktes des Gases, der beim Vergasen von Kohlenwasserstoffen mit Luft etwa 70 J beträgt. Das Wasser verdampft vollkommen, der Taupunkt des Gases steigt an und eine Menge an Wasser, die der verdampften Menge gleich ist, wird dann im Waschprozess kondensiert, wenn die Temperatur des Wassers bei seinem Eintritt dort gleich dem ersterwähnten Taupunkt ist. Die Kondensation von Wasserdampf während des Waschens ist für einen wirkungsvollen Entzug von Feststoffteilchen aus dem Gas wesentlich.
Wird das Vergasen mit Sauerstoff bewirkt, so kann der Taupunkt des Rohgases bei 17O bis 1800C liegen. In diesem Fall leitet man vorzugsweise den oben erwähnten ersten Teilstrom in den. Rohgasstrom ein, bevor dieser den unter (b) erwähnten Wärmeaustauscher ("Abwärme-Boiler") erreicht, da dort die Temperatur des Gases unverändert hoch genug
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ist (sie "beträgt 13OO bis 140O0C)", um alles zugegebene Wasser zu verdampfen. Wenn die Temperatur .'es den Abwärme-Boiler verlassenden Gases mindestens 2500O beträgt, dann enthält dieses Gas genug Wärme, um das Vasser des eintretenden Teilstromes zu verdampfen, ohne dab eine Abkühlung auf den Taupunkt stattfindet.
Beim Waschprozess verdampft ebenfalls Wasser aus dem zurückgeführten Teilstr^m und das Verdampfen wird um so stärker, je höher die Temperatur des Teilstromes über dem Taupunkt des Gases lie^t. Das verdampfte Wasser wird mit dein Gasstrom abgeführt;. Man muß dem Waschprozess dann von außen Wasser zuführen, um das beim Waschprozess verdampfte Wasser zu kompensieren.
Auf diese Weise wird erreicht, daß sämtliche Feststoffteilchen aus dem Gas im trockenen Zustand erhalten werden und daß dem Waschwasser kein Wasser in flüssiger Form entzogen werden muß.
Der in den Waschprozess zurückgeführte Teilstrom kann auf die unter (f) angeführte Temperatur gekühlt werden. Dies wird um so mehr nötig sein, als die Temperatur des Gases stärker ansteigt als diejenige des erwähnten Teilstromes.
Das gegenseitige Volumenverhältnis der Teilströme gemäß (g) kann innerhalb weiter Grenzen gewählt werden und ist insbesondere bestimmt durch die Art und Menge an Peststoff teilchen in dem Gas, das den bzw. die Zyklone verläßt. Je höher demnach der Gehalt dieses Gases an Peststoffteilchen ist, um so stärker wird dann der Strom gewählt, der die Kombination gemäß (d) eingeht.
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Im allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn das gemäß· (f) erhaltene Gas auf eine Temperatur unterhalb des unter (f) angegebenen Taupunktes gekühlt wird und wenn das auf dieser Stufe gebildete Wasser von dem Gasstrom abgetrennt wird. Vor dem Kühlen hat das Gas im allgemeinen eine Temperatur von etwa 25O0C und es hängt davon ab, nach welcher Methode das Gas weiterverarbeitet bzw. -verwendet wird, auf welche Temperatur man es abkühlt. Die Kühlbehandlimg führt zur Kondensation von Wasserdampf. Das gebildete Kondensat kann dadurch von gelösten Gasen befreit werden, daß man es einem Abstreifen und/oder einer Oxidation mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas unterwirft. Meistens kann man dazu Luft benutzen. Da man es hier mit einem in situ kondensierten Wasserdampf zu tun hat, können in dem abgeführten Wasser keinerlei Metallionen oder Metallverbindungen vorhanden sein. Dies ist insofern von besonderer Wichtigkeit, als insbesondere HGN komplexe Metallverbindungen bilden kann, die in wäßrigem Medium schwer zu oxidieren sind.
Komplexe Metallverbindungen von HCN sind dagegen bestimmt anwesend in dem Teilstrom nach (g), jedoch kann auch hier aufgrund der Rückführung eines Teilstromes in das Gas oberhalb des Zyklons(bzw. der Zyklone) eine Gleichgewichtskonzentfation in der wäßrigen Phase erreicht werden. Zum Schluß werden etwa vorhandene Metallverbindungen von den Feststoffen eingefangen, wenn diese im Zyklon abgetrennt werden. Das Volumen des aus dem Gas nach der oben erwähnten Kühlbehandlung abgetrennten Wassers ist höchstens demjenigen der Wassermenge gleich, welche den Reaktor mit dem Rohgas verläßt. Das Wasser ist, nachdem es abgetrennt und anschließend von gelösten Gasen befreit wurde, ausreichend rein, um wiederverwendet zu werden.
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Teilweise kann dieses Wasser insbesondere dazu verwendet werden, um die für die Verfahrensstufe (f) benötigte Menge an Waschwasser aufrechtzuerhalten.
Zum Abtrennen der Feststoffteilchen gemäß Stufe (e) kann man einen oder mehrere Zyklone verwenden. Die abgetrennten Peststoff teilchen können durch den Reaktor mit Hilfe eines Transportgases hindurchgeführt werden. Dieses Transportgas kann Wasserdampf sein. Man kann auch komprimiertes Produktgas verwenden. Auf diese Weise wird die Charge vollkommen in Gas überführt. Lediglich Aschenteilchen, falls solche vorhanden sind, können sich im Reaktor ansammeln, aus dem sie dann abgezogen werden.
Mit Hilfe von verschiedenen'Zyklonen kann man die Feststoffteilchen auch in Asche- und Rußteilchen unterteilen, wenn dies die Art der Aschenteilchen erlaubt. In diesem Fall wird nur der Ruß zurückgeführt, um die Akkumulation von Asche im Reaktor zu vermeiden. !lach Abtrennen von den gegebenenfalls vorhandenen Ascheteilchen kann der Ruß auch für andere Zwecke als zum Rückführen in den Reaktor verwendet werden? er kann z.B. als Brennstoff dienen oder wird zu Aktivkohle verarbeitet.
Die Zeichnung, die.zwei Fließschemata darstellt, dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 werden in den Reaktor 1 ein Strom 2, der Kohlenstoff und/oder einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe enthält, und ein Strom 3 von sauerstoff haltigem Gas eingeführt. Außerdem kann Wasserdampf oder ein anderer gasförmiger Moderator zugeführt werden. Das Rohgas 4- wird nach Verlassen des Reaktors 1 einem indirekten Wärmeaustau-
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scher 5 zugeführt, worin ein Strom 6 von Wasser in Wasserdampf, der "bei 7 abströmt, überführt wird. In einem Verdampfer 9 wird gekühltes Eohgas 8 mit einem Strom 10 kombiniert, der aus einer Suspension von Feststoffteilchen in Wasser besteht und weiter unten näher beschrieben wird. Der Verdampfer 9 kann ein Venturi sein. Der Wärmegehalt des Gases 8 wird teilweise ausgenutzt zum Verdampfen des Wassers des Stromes 10. Das Gas 11 aus, dem Verdampfer 9 tritt in einen Zyklon 12 ein. Dieser Zyklon 12 erzeugt einen Strom 13 von abgetrennten Feststoffen und einen Gasstrom 14, der noch einen kleinen Anteil an Feststoffteilchen enthält. Dieser Gasstrom wird in einen Wäscher 15 überführt, der aus einer Kolonne mit Gas-Flüssigkeits-Kontaktböden oder aus einem oder mehreren Venturis bestehen kann. Im Wäscher 15 wird eine Suspension 16 von Feststoffteilchen in Wasser erzeugt, die in zwei Teilströme aufgespalten wird. Der eine Teilstrom 17 wird über einen Kühler 18 in den Wäscher 15 zurückgeleitet, der andere Teilstrom ist der oben erwähnte Strom 10. Bei seinem Eintritt in den Wäscher 15 hat der Teilstrom 17 eine Temperatur, die mindestens dem Taupunkt des Gasstromes 4 bzw., im vorliegenden Beispiel, des Gasstromes 8 entspricht.(Die Ströme 4 und 8 haben den gleichen Taupunkt.} Das gesamte im Verdampfer 9 verdampfte Wasservolumen kondensiert im Wäscher 15» wenn die Temperatur des Wassers 17 nach dem Kühler 18 dem Taupunkt des Gasstromes 4 bzw. 8 entspricht. Die Kondensation bewirkt die Abscheidung und Aufnahme der Feststoffteilchen aus dem Gas durch das Wasser.
Der Strom 13 aus Feststoffteilchen - Kuß und, soweit vorhanden, Asche - wird einem Mischer 19 zugeführt, wo die
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Teilchen in einem Gasstrom 20 ddvp er giert und als Strom in den Reaktor 1 zurückgeführt verden.
Der im Wäscher 15 erzeugte Ga.-strom 22 ist frei von Feststoffteilchen. Dieses Ga/ wird in dem Kühler 23 gekühlt, so daß ein Strom 24 von trockenem Gas und ein Vasserstrom 25 erhalten wenden. Der Vasserstrom 25 enthält gelöste Gase, wie Schwefelverbindungen und Spuren von HCN, die in e^nem Abstreifer 26, beispielsweise mit1 Hilfe eines GasstroYS- 27 (Luft oder Wasserdampf) entfernt werden können. D.ve giftigen Anteile des resultierenden Gasstromes 28 können durch Verbrennen in harmlose Verbindungen überführt c\ier auch auf andere Weise entfernt werden. Der Abwa.-:serstrom 29 ist dann frei von gelösten Gasen und steht zur Verfugung.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Fließschema haben die Zahlen die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Hier ist der Verdampfer 9 zwischen dem Reaktor 1 und dem Wärmeaustauscher 5 angeordnet, so daß ein Gasstrom 30 von sehr hoher Temperatur gebildet wird, in welchem der Teilstrom verdampft und aufgenommen wurde. Die Anordnung gemäß Fig. 2 enthält außerdem zwei Zyklone 31 und 32. In
31 werden die Aschenteilchen abgeschieden, die als Strom 33 abgezogen werden. Im Idealfall sind die in dem Gasstrom 34, der in den Zyklon 32 überführt wird, enthaltenen Feststoffteilchen nur Rußteilchen; sie werden im Zyklon
32 zum größten Teil abgeschieden und als Strom 35 abgeführt. Die Temperatur des Teilstromes 17 bei seinem Eintritt in den Wäscher 15 entspricht nun mindestens dem Taupunkt des Gasstromes 4. Wenn Wasser zugeführt werden muß, dann kann ein Teilstrom 36 verwendet werden, der von dem Wasserstrom 37 aus dem Abstreifer 26 abgespal-
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ten ist; das restliche Wasser wird aus dem Abstreifer als Ström 38 abgeführt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind selbstverständlich auch verschiedene andere Kombinationen aus den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Elementen möglich.
PATENTANSPRÜCHE:
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Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung von wasserstoff- und "bzw. oder kohlenoxidhaltigen Gasen, wobei
    (a) eine Charge aus Kohlenstoff und/oder einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen in einem leeren Reaktor einer unvollständigen Verbrennung unterworfen wird und
    (b) das. so erhaltene Rohgas in einem indirekten Wärmeaustauscher auf eine Temperatur nicht unter 200°0 abgekühlt wird, worauf
    (c) dem so erhaltenen Rohgas !Feststoffteilchen, wie Asche und/oder Ruß entzogen werden und das Gas gegebenenfalls einer weiteren Reinigung und Verarbeitung unter\iTorfen wird,
    dadurch gekennzeichnet , daß man dem Rohgas in Stufe (c) die Feststoffteilchen dadurch entzieht, daß man
    (d) das gemäß (a) oder (b) erhaltene Rohgas mit einer in einer späteren Stufe (f) erhaltenen wäßrigen Suspension kombiniert, derart, daß das gesamte Wasser verdampft und der Dampf mit dem Gasstrom weitergeführt wird, und daß man
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    (e) das gemäß (d) erhaltene Gas zwecks Abtrennung von Feststoffteilchen durch einen oder mehrere gasdichte Zyklone führt, worauf man
    (f) das so gereinigte Gas in direkten Kontakt mit Wasser bringt, dessen Temperatur mindestens gleich dem Taupunkt des in Stufe (ä) erhaltenen Rohgases ist, worauf man
    (g) die neben dem von den Feststoffteilchen befreiten Gas erhaltene wäßrige Suspension in zwei Teile teilt, von denen man den einen Teilstrom in die Gas-Flüssigkeitskontaktstufe (f) und den anderen Teilstrom zum Kontakt mit dem aus (a) oder (b) erhaltenen Gas in die Stufe (d) zurückleitet.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man den gemäß (g) zur Stufe (f) zurückgeleiteten Teilstrom auf eine Temperatur abkühlt, die nicht unter dem Taupunkt des in Stufe (a) erhaltenen Rohgases liegt.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das in Stufe (f) erhaltene Gas auf eine Temperatur unter dem Taupunkt des Rohgases aus Stufe (a) kühlt und das gekühlte Gas von den übrigen Anteilen abtrennt.
  4. 4-) Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , daß man das beim Kühlen des Gases abgeschiedene Wasser durch Abstreifen und/oder Oxidation mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas von darin gelösten Gasen befreit.
  5. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
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    gekennzeichnet , daß man die in Stufe (e) im Zyklon abgeschiedenen Feststoffteilchen mit Hilfe eines Transportgases in den Reaktor zurückführt.
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