DE2442312C2

DE2442312C2 - Verfahren zur Kohlevergasung mit Wasserdampf

Info

Publication number: DE2442312C2
Application number: DE2442312A
Authority: DE
Inventors: Peter Edison N.J. Steiner
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Current assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1983-10-27
Also published as: AU7303674A; FR2243250A1; GB1482609A; JPS5240641B2; CA1036358A; US4082519A; FR2243250B1; BR7407450D0; IT1020291B; JPS5072903A; DE2442312A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Vergasung von teilchenförmiger Kohle mit Wasserdampf in Anwesenheit von Schwefeldioxid.

Bisher wurde Kohle mit Wasserdampf zu Methan oder Brennstoff für Elektrizitätswerke vergast, wobei im allgemeinen die Anwendungszwecke von Kohlengas denen von Naturgas parallel Hefen. Jedoch wurde bei allen bisherigen Verfahren gewöhnlich Kohlengas dadurch erzeugt, daß man Kohle mit Dampf oder Wasserstoff bei hoher Temperatur und hohen Drücken gemäß den folgenden Reaktionsgleichungen umsetzte:

C + H₂O - CO + H₂ + etwas CH₄.

Danach wurde das gebildete Kohlenmonoxid mit Wasserstoff umgesetzt:

CO + 3 H₂ - CH₄ + H₂O.

Bisher war es nicht möglich, hinreichende Reaktionsgeschwindigkeiten zu erzielen, wenn man die Kohle mit dem Wasserdampf bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen umsetzte.

Aus der DE-PS 8 21 096 ist es bekannt, zur Vergasung bituminöser Brennstoffe Wasserdampf von 600 bis 1000⁰C zu verwenden. Es hat sich jedoch gezeigt daß die Wasserdampfmengen, die einerseits zur Umsetzung und andererseits zur Gleichgewichtseinstellung auf die Temperatur von 600 bis 1000⁰C erhitzt wurden, nicht genügten, um den Wärmebedarf zu decken, sondern es mußte noch ein besonderer Wärmeträger hinzugefügt werden, z. B. in Form eines erhitzten Wälzgases.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der Literaturstelle »Die chemische Fabrik« 8, (1935), Seiten 227, 228 bekannt; bei ihm wird Braunkohle mit Wasserdampf von 500 bis 900⁰C umgesetzt und ein außerordentlich kohlendioxidarmes Produkt erhalten.

So wurde bisher die Vergasung von Kohle durch Umsetzung von Dampf mit weißglühendem Koks oder weißglühender Kohle bei Temperaturen von etwa 1000⁰C und darüber durchgeführt, unter Bedingungen also, bei denen die Reaktionsgeschwindigkeit und das Reaktionsgleichgewicht günstig waren. Durch Anwendung tines hohen molaren Volumenverhältnisses von Wasserdampf zu Kohle von 2 :1 war es möglich, diese Umsetzung bei Temperaturen, die um einige hundert Grad niedriger lagen, durchzuführen.

Da die Umsetzung von Kohle mit Wasserdampf endotherm verläuft wobei also der in den Vergaser eingebrachte Koks oder die eingebrachte Kohle leicht abgekühlt werden, hat man Calciumcarbonat als Kohlendioxidquelle bei der Vergasung eingesetzt da dadurch die folgenden Vorteile erzielt werden:

1. es liefert für die Vergasung Wärme, da die Umsetzung von Kohle mit Kohlendioxid exotherm verläuft und

2. es erzeugt Kohlendioxid, das mit Kohle zu Kohlenmonoxid, das selbst ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Methan ist, reagieren kann.

Es ist jedoch bisher nicht möglich gewesen, die Kohlevergasung bei Temperaturen von knapp oberhalb 650⁰C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 760⁰C unter Normaldruck durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Kohlevergasung, bei dem derartig niedrige Umsetzungstemperaturen ohne Verminderung der Ausbeute anwendbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren.

Bei diesem Verfahren kann die Umsetzung zwischen Kohle und Wasserdampf bei sehr viel niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, als man bisher als möglich erachtet hatte, nämlich bei Temperaturen knapp oberhalb von 650° C, zwischen 700° C und 790⁰C und vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 760⁰C. Daß zur Erniedrigung der Temperatur ausgerechnet Schwefeldioxid dient, das normalerweise als Verunreinigung betrachtet wird, ist äußerst überraschend.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Kohle zu einem verbrennbaren Gas mit vorzugsweise hohem Energiegehalt umzusetzen. Das erhaltene Gas kann als Brennstoff für Energieerzeugungsanlagen sowie als Pipeline-Gas usw. verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet außerdem die Möglichkeit, entweder die Vergasung von Kohle bei niedrigen Temperaturen durchzuführen oder die Ausbeute der Vergasungsanlage zu erhöhen oder die Abmessungen und die Kapazität der Anlage bei gleichen Durchsätzen zu verringern.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, worin ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.

Gemäß diesem Fließschema wird Kohle in einem Kohlevergaser eingebracht. Die Kohle kann aus herkömmlichen Quellen stammen und kann beispielsweise eine der üblichen Arten von vergasungsfähigem Kohlenmaterial sein, wie beispielsweise Lignit, unterbituminöse Kohle, bituminöse Kohle, überbituminöse Kohle oder Koks.

Vorzugsweise liegt die Kohle in Teilchenform, und zwar in pulverisiertem oder zerstampftem Zustand vor. Zu feine Teilchen sind jedoch nicht bevorzugt, da aufwendige Mahl- oder Zerkleinerungsanlagen zu ihrer Erzeugung notwendig sind, so daß einfache zerstampfte bituminöse Kohle bevorzugt wird. Die teilchenförmige oder granulierte Kohlebeschickung, die verwendet wird, wird kontinuierlich in den Vergaser eingebracht, in den zugleich überhitzter Wasserdampf, wie er von einem

Dampferzeuger hergestellt wurde, eingeleitet wird.

Vorzugsweise wird vor der Einführung des Wasserdampfs in den Kohlevergaser eine wirksame Menge Schwefeldioxid dem Dampf zugesetzt Vorzugsweise beträgt die Menge an Schwefeldioxid 0,1 bis 20 Vol.-%, bezogen auf den gasförmigen Wasserdampf. Demzufolge wird vorzugsweise ein Gemisch aus Wasserdampf und Schwefeldioxid in den Vergaser eingeführt

Die Umsetzung wird bei Temperaturen oberhalb 650⁰C, beispielsweise zwischen 700 und 790⁰C und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 760⁰C durchgeführt Temperaturen oberhalb 650" C sind erforderlich, um die Vergasung bei annehmbarer Geschwindigkeit ablaufen zu lassen. Während theoretisch keine Obergrenze für die Vergasungstemperatur besteht so ist doch kurz vor der Pyrolyse die Kohlevergasung umso weniger wirtschaftlich, je höher die Temperatur ist, Demzufolge hat man Temperaturen zwischen 700 und 790⁰C für bituminöse Kohle und vorzugsweise eine Temperatur von etwa 76O⁰C als die günstigsten Arbeitstemperaturen festgestellt. Geeignete Drücke liegen in der Nähe von Atmosphärendruck, jedoch kann das Verfahren auch bei höheren Drücken bis etwa 70 Atmosphären durchgeführt werden. Geeignete Schwefeldioxidzusätze sind 0,1 bis 20% und vorzugsweise 8 bis 10%, bezogen auf das Volumen von gasförmigem Wasserdampf.

Die Verweilzeiten des Gases liegen bei etwa 6 see. für die folgenden Bedingungen: 650⁰C, Atmosphärendruck und 8 Vol.-% Schwefeldioxidzusatz. Bei einer Temperatur von 760⁰C, 1 atm. und 8% Schwefeldioxid liegt die Gasverweilzeit bei 5 sea

Das für die Vergasung erforderliche Schwefeldioxid wird vorzugsweise durch Regenerierung des aus dem '■> System entfernten Schwefelwasserstoffs hergestellt

Nach Beendigung der Vergasung wird der feste Rückstand, d. h. die Kohlenasche und nichtflüchtige Materialien, wie Teer, aus dem Kohlevergaser entfernt, während die abgeführten Gase, die Kohlenmonoxid,

i" Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Schwefelwasserstoff enthalten, herkömmlichen Einrichtungen zur Entfernung von Schwefelwasserstoff zugeführt werden, wie beispielsweise nassen oder trockenen Waschanlagen.

Der aus der Schwefelwasserstoffentfernungsstufe zurückgeführte Strom enthält Schwefel. Dieser Schwefel wird erfindungsgemäß in Schwefeldioxid umgewandelt Zu diesem Zweck wird der Abfluß der Schwefelwasserstoffentfernungsstufe in einen Schwefeldioxidgenerator geleitet Sämtliche anderen Stoffe in dem aus dem Kohlevergaser stammenden Abfluß außer Schwefelwasserstoff werden abgezogen und können als Brennstoff für Energieerzeugungsanlagen verwendet oder zu Pipeline-Gasen verarbeitet werden.

Es kann somit eine Menge an Schwefeldioxid, die dem Schwefelgehalt der ursprünglich dem Kohlevergaser zugeführten Kohle entspricht aus dem System entfernt werden, während das restliche Schwefeldioxid aus dem Generator durch Einleiten in die Wasserdampfzufüh-

Jo rung zum Kohlevergaser in diesen zurückgeführt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kohlevergasung, wobei man teilchenförmige Kohle mit Wasserdampf bei einer Temperatur oberhalb 650⁰C und insbesondere zwischen 700 und 790⁰C in Kontakt bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohle mit Wasserdampf in Gegenwart von Schwefeldioxid in Kontakt bringt

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schwefeldioxid mit dem Wasserdampf vermischt, bevor man den Wasserdampf mit der teilchenförmigen Kohle in Kontakt bringt

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das erzeugte Gas abzieht Schwefelwasserstoff daraus abtrennt und in Schwefeldioxid umwandelt sowie die dem Schwefelgehalt der Kohle entsprechende Menge Schwefeldioxid aus dem Schwefeldioxid, das aus dem Schwefelwasserstoff gebildet wurde, abtrennt und das restliche Schwefeldioxid mit Wasserdampf, der mit der teilchenförmigen Kohle in Kontakt gebracht werden soll, vereinigt.

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