DE2520584B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem EisenbadreaktorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in
einem Eisenbadreaktor, dessen Eisenbad mit einer schwefelaufnehmenden Schlacke bedeckt ist, wobei die
Kohle in das Eisenbad eingeführt und mit gleichzeitig
eingeführten sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln vergast wird, ein Teil der schwefelhaltigen Schlacke
kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entschwefelt und in den Eisenbadreaktor zurückgeführt
wird.
Bei der Vergasung von Kohle wirkt sich der
Schwefelgehalt der Kohle störend aus. Manche Kohlevorkommen können aufgrund ihres hohen Schwefelgehaltes
nicht genutzt werden, da bisher kein betriebssicheres und wirtschaftlich arbeitendes Vergasungsverfahren
für Kohle mit hohem Schwefelanteil zur Verfügungstand
Die unerwünschten Wirkungen des Schwefels und der sich bildenden Reaktionsprodukte sind unter anderem
eine erhöhte Korrosion der Anlagenteile, die mit dem Schwefel und insbesondere dessen gasförmigen Reaktionsprodukten
in Berührung kommen. Bei chemischen Verfahren ist insbesondere die Beeinflussung und
Zerstörung der Katalysatoren zu befürchten. Die
ίο schwefelhaltigen Abgase stellen ein Problem bezüglich
der Umweltbelastung dar.
Die bekannten Verfahren zur Vergasung von Kohle sind für stark schwefelhaltige Kohle nicht geeignet, da
entweder eine betriebssichere Entschwefelung über längere Zeiträume nicht möglich ist oder diese nicht
wirtschaftlich arbeiten.
In der US-PS 35 26 478 und der DE-OS 19 55 115, sind
Verfahren beschrieben, bei denen feinkörnige Kohle kontinuierlich einem Eisenbad zugeführt wird und ein
>o weitgehend schwefelfreies, brennbares Gas, hauptsächlich
bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, erhalten wird. Dem Eisenbad wird feinkörnige Kohle
mit einer wassergekühlten Lanze unterhalb der Badoberfläche zugeführt Gleichzeitig wird über eine
zweite Lanzeneinrichtung Sauerstoff und Wasserbad eingeleitet. Auf das Eisenbad wird Kalk, Kalkstein oder
Dolomit gegeben, am eine entschwefelnd wirkende Schlacke auf dem Eisenbad zu erzeugen. Bei günstiger
Verfahrensführung wird ein Gas mit einer ungefähren
ίο Zusammensetzung von etwa 70 bis 80% CO und etwa 15
bis 25% H2 erzeugt Der in der Kohle vorhandene
Schwefel wird von der basischen, insbesondere kalkreichen Schlacke aufgenommen.
Die vom Eisenbad abgezogene Schlacke wird abgekühlt, zerkleinert und anschließend zurückgeführt
bzw. zum Teil in verschiedener Art und Weise weiterverwendet.
Für die kontinuierliche Entschwefelung des Eisenbades, dem durch die eingeleitete Kohle ständig Schwefel
zugeführt wird, sind beträchtliche Schlackenmengen erforderlich und ständig abzuführen, um eine kontinuierliche
Schwefelentfernung zu gewährleisten. Damit eine hohe Schwefelkonzentration in der Schlacke
erreicht wird, ist eine hohe Basizität (CaO : SiO2) in der
4» Schlacke einzustellen. Die Schwefelsättigungslöslichkeit bei einer Basizität der Schlacke von etwa 4 beträgt etwa
5% Schwefel. Dies bedeutet beispielsweise für eine Kohle mit 2% Schwefelanteil einen Schlackenbedarf
von 400 kg/t Kohlu. Die Beseitigung oder Verwendung
ίο dieser Schlackenmengen stellt neben der negativen
Beeinflussung der Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens ein ernsthaftes Problem dar. Insbesondere
wird dadurch die Wärmebilanz des Verfahrens ungünstig.
Um diesen Nachteil wenigstens teilweise auszugleichen wurde vorgeschlagen, die schwefelreiche Schlacke
aus dem Eisenbadreaktor kontinuierlich abzuziehen, und diese Schlacke durch eine Behandlung mit
Wasserdampf zu entschwefeln. Die so aufgearbeitete
M> Schlacke kann dann pulverförmig erneut dem Verfahren
zugeführt werden.
Allerdings sind die Wärmeverluste bei der Wiederverwendung der aufbereiteten Schlacke, die nun auch
die Aschenbestandteile der Kohle enthält, so beträchtlieh, daß das Verfahren nur noch mit hochwertigen
energiereichen Kohlesorten und bei Verwendung von reinem Sauerstoff durchführbar ist.
In der DE-PS 8 97 310 sind ein Verfahren und eine
In der DE-PS 8 97 310 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Vergasung von Brennstoffen in ihrer eigenen umlaufenden flüssigen Schlacke beschrieben.
Zwar können Erze zugegeben werden, jedoch ist ein permanentes Eisenbad mit einer schwefelaufnehmenden
Schlacke zur Vergasung schwefelhaltiger Kohle nicht beschrieben.
Bei dem in der US-PS 21 93 593 beschriebenen Eisenentschwefelungsverfahren wird die entschwefelte
Schlacke gleichfalls entweder abgekühlt und zerkleinert oder im flüssigen Zustand mit Luft geblasen und
weiterverwendet
In dem Buch von Dr. F. K e i 1 »Hochofenschlacke«, 1963, Seiten 50 bis 52, ist beschrieben, daß aus flüssiger
schwefelhaltiger Schlacke der Schwefel durch Blasen mit Luft als Schwefeldioxid zum erheblichen Teil zu
entfernen ist
Bei dem in der DE-PS 8 46 553 beschriebenen Verfahren, das in seiner Führung weitgehend dem der
obengenannten DE-PS 8 97 310 entspricht, zur Gewinnung
von Metallen, bei dem gleichzeitig Reich- und Schwachgase gewonnen werden, wird ausgeführt daß
die umlaufende Schlacke, wie auch das ery-hmolzene
Metall aus seiner darunter befindlichen Mulde, kontinuierlich oder periodisch abgezogen werden kann. Eine
Entschwefelung der Schlacke wird jedoch nicht angesprochen.
Gemäß den »Symposium Papers — Clean fuels from coal —«, des »IIT Research Institute Anditorium«,
Chicago, Illinois, 10. bis 14.9.1973, Seiten 295 bis 300, kann die Entschwefelung der vom Eisenbad einer
Kohle-Vergasungsanlage abgezogenen, 4—8% Schwefel enthaltenden Schlacke mit Wasserdampf erfolgen.
Die entschwefelte, abgekühlte Schlacke kann zu Bauzwecken eingesetzt werden. Zum Ausnutzen des
Kalkgehaltes der Schlacke wird ein Teil dem Eisenbad zurückgeführt Auch dieses bekannte Verfahren ist
bezüglich der Wärmebilanz nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem in einem Eisenbadreaktor
schwefelhaltige Kohle betriebssicher und wirtschaftlich vergast werden kann und wobei ein im wesentlichen
schwefelfreies Gas erzeugt wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch, daß die Schlacke in
flüssigem Zustand in ein Entschwefelungsgefäß überführt wird, in dem sie durch Einführen von sauerstoffhaltigen
Gasen unterhalb der Oberfläche in flüssigem Zustand entschwefelt und in flüssigem Zustand in den
Eisenbadreaktor zurückgeführt wird.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung
zum Vergasen von schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß mit dem Eisenbadreaktor ein Entschwefelungsraum über einen Schlackenabzugskanal, der unterhalb des
Schlackenbadspicgels verläuft und der zu einem Beruhigungsraum verbreitert ist, und über einen
Schlackenrückströmkanal mit Überlauf in Verbindung steht; und daß der Entschwefelungsraum Düsen zur
Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases unterhalb der Schlackenoberfläche aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Kohlesorten mit sehr unterschiedlichem Heizwert und
Schwefelgehalt betriebssicher und wirtschaftlich vergast werden.
Die Entschwefelung kann mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas ausgeführt werden.
Die Entschwefelung im Entschwefelungsraum, der im Gasraum vom Eisenbadreaktor vollkommen getrennt
ist, erfolgt vorteilhal'terweise durch Einleiten von
Sauerstoff unterhalb der Schlackenbadoberfläche. Der
Sauerstofi wird über Düsen, die im Boden und/oder im
unteren Bereich der Seitenwand des Entschwefelungsraums
angeordnet sind, zugeführt, um die Strömungswege in der Schlacke groß zu halten und damit eine
intensive Entschwefelung zu bewirken. Es hat sich gezeigt, daß die Entfernung des Schwefels aus der
Schlacke begünstigt wird, wenn man dem Sauerstoff ein Inertgas zumischt und es gleichzeitig, getrennt vom
Sauerstoff, unterhalb der Badoberfläche in die Schlacke einleitet Die Düsen zum Einleiten von Sauerstoff oder
sauerstoffhaltigen Gasen können beispielsweise aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut sein, wobei der
Sauerstoff durch das innere Rohr und das Inertgas durch den Ringspalt geführt werden.
Zur Entschwefelung der Schlacke kann auch Luft eingeleitet, werden. Die Luft kann, in Abhängigkeit von
der Wärmebilanz des Verfahrens, kalt oder vorgeheizt sein. Die Zuführung von Hochofenheizwind mit oder
ohne Zumischung von Kaltluft hiu sich in der Praxis
bewährt
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die
Temperatur im Eisenbadreaktor und im Entschwefelungsi'uum
etwa gleich hoch zu halten. Die Temperatur im Eisenbadreaktor läßt sich in weiten Grenzen durch
Zusatz von Stoffen, die endotherm reagieren, wie z. B. Wasserdampf oder Kalksteinmehl, vermindern und
damit steuern. Im Entschwefelungsraum kann die Temperatur durch den Sauerstoffgehalt des Gasgemisches,
dessen Temperatur und Menge beeinflußt werden. In der Praxis hat sich bei der Durchführung des
Verfahrens eine Temperatur im Eisenbadreaktor und im Entschwefelungsraum von etwa 1350 bis etwa 14500C
als zweckmäßig erwiesen. Diese Temperaturgrenzen können um mindestens 1000C nach oben oder unten
überschritten werden. Je nach Verfahrensparametern kann die Temperatur variiert werden. Ebenso sind
Temperaturunterschiede zwischen Eisenbadreaktor und Entschwefelungsraum möglich.
tin wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Schwefelgehalt der
Schlacke im Eisenbad verhältnismäßig niedrg gehalten werden kann und damit Schlacken mit geringer
Basizität angewandt werden können. Während normalerweise Basizitäten (CaO:SiO2) im Bereich zwischen
1 und 3 angewandt werden, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch noch eine hinreichende
Entschwefelung bei Basizitäten von 0,8 und darunter.
Aus der niedrigen Basizität der Schlacke im Zusammenwirken mit den Bestandteilen der Kohle-
■■isc\,£, die im allgemeinen deutliche Mengen Alkalien
enthält, resultieren tiefe Schmelzpunkte der Entschwefelungsschlacke. Oies wiederum ist eine wichtige
Voraussetzung für niedrige Betriebstemperaturen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weiterhin verlangt die geringe Basizität der schwefeiaufnehmenden
Schlacke nur eine kleine Kalkzugabc, um bei ständiger Aufnahme der Kohleasche die gewünschte
Schlacken zusammensetzung zu erhalten. Dies ist ein Vorteil, vier sich auf die Wärmebilanz des Verfahrens
günstig auswirkt.
Die Zusammensetzung der entschwefelten Schlacke,
die aus dem Entschwefelungsgefäß dem Eisenbadreaktor wieder zugeführt wird, und von der man auf diesem
Weg einen gewissen Teil aus dem Prozeßkrcislauf
abzieht, ermöglicht eine Verwendung dieser abgezogenen Schlacke bei der Zementherstellung.
Bei der üblichen Führung des Verfahrens liegen die Schwefelgehalte der aus dem Eisenbadreaktor abgezogenen
Schlacke deutlich unter ihrem Sättigungswert. Beispielsweise kann mit einem Schwefelgehalt in der
Schlacke von rund 1% gearbeitet werden. Während die Schlacke Schwefelgehalte von I bis 3% aufweisen kann,
wird es jedoch vorgezogen, mit Schwefelgehalten zwischen 0,5 und 1% zu arbeiten. Die niedrigen
Schwefelgehalte in der Schlacke ermöglichen extrem niedrige Schwefelgehalte im erzeugten Gas. Werden
bezüglich der Gaserzeugung äußerst niedrige Schwefelgehalte verlangt, so kann beispielsweise der Schwefelgehalt
der Schlacke im Eisenbadreaktor bei etwa 10% derSättigungslöslichkeit gehalten werden. Allerdings ist
die Entschwefelung dieser Schlacke von der Wärmebiianz des Gesamivci iäiiiens her gesehen üngürisiigcr, ds
der Inertgasanteil bei der Entschwefelung beträchtlich erhöht werden muß.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung und
Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtunggemäß
Fig. 1.
In einem konverterähnlichen Eisenbadreaktor 1, der mit einem kohlenstoffhaltigen Eisenbad 2 teilweise
gefüllt ist, werden durch Düsen 3 Kohlestaub, Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase und Kalkstaub in das
Eisenbad 2 eingeblasen. Die Schlacke 4 fließt über einen Schlackenabzugskanal 5, in dem ein Beruhigungsraum 6
zum Abscheiden von Eisentröpfchen vorgesehen ist, in den Entschwefelungsraum 7. Das sich aus den
ausgeschiedenen Eisentröpfchen ansammelnde Eisen fließt über einen Kanal 8 in den Eisenbadreaktor 1
zurück.
Dem Beruhigungsraum 6 in dem Schlackenabzugskanal 5 kommt die wichtige Bedeutung zu, die aus dem
Eisenbad des Eisenbadreaktors in der Schlacke mitgeführten Eisenteile, die sich hauptsächlich in
feinverteilten Tröpfchen dort befinden, Gelegenheit zur möglichst vollkommenen Abscheidung zu geben. Die
möglichst vollständige Abscheidung der Eisenanteile in der Schlacke, bevor die Schlacke in den Entschwefelungsraum
7 gelangt, ist deshalb so wichtig, da Metallanteile in der Schlacke die Entschwefelung
negativ beeinflussen. Hauptsächlich beeinträchtigen Metallanteile die Entschwefelung der Schlacke in
Relation zum zugeführten Sauerstoff und machen damit eine Kontrolle der Schlackenentschwefelung nahezu
unmöglich. Ebenfalls läßt sich die Temperatur im Entschwefelungsraum 7 durch eine eventuelle Wärmezufuhr
über die Metallverbrennung nicht in den gewünschten Grenzen steuern. Die Größe des Beruhigungsraums
6 ist so auszulegen, daß ausreichende Verweilzeiten der Schlacke in diesem Raum gewährleistet
sind, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit der Schlacke muß sich im Beruhigungsraum 6 deutlich
gegenüber ihrer Strömungsgeschwindigkeit im Schlakkenabzugskanal 5 verringern. Bei schneller Führung des
Kohlevergasungsverfahrens und demzufolge hohem Schlackervjmsätz is·, d" Reruhigiingsraum 6 größer
auszulegen als bei relativ langsamer Kohlevergasung. Normalerweise ist zwischen Schlackenabzugskanal 5
und Beruhigungsraum 6 ein Verhältnis der freien Strömungsquerschnitte von mindestens I : 10 einzuhalten.
Im Entschwefelungsraum 7 werden über eine im Boden angebrachte Düse 9 Sauerstoff oder sauerstoffhaltige
Gase eingeleitet und eine Oxidation der Schlac'i hervorgerufen, die zu einer beträchtlichen
Herabsetzung der Schwefellöslichkeit und Oxidation des Schwefels führt, der dann als Schwefeldioxid aus
dem System entfernt wird.
Über einen Gaslift 10, der beispielsweise mit Stickstoff gespeist wird, leitet man die Schlacke über
einen in F i g. 2 dargestellten Schlackenrückströmkanal 11 zum Eisenbadreaktor 1 zurück.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Gasliftes 10 ist die für die Schlackenentschwefelung erforderliche
Düse 9 so im Bodenmauerwerk des Entschwefelungsgefäßes 7 angeordnet, daß sie die Aufgabe des Gasliftes
mit erfüllt und den gesondert eingebauten Gaslift 10 überflüssig macht.
In F i g. 2 ist außerdem der im Schlackenrückströmkanal
11 angebrachte Überlauf 12 erkennbar, durch den kontinuierlich ein Teil der Schlacke aus dem Kreislauf
abgezogen wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, dessen Eisenbad
mit einer schwefelaufnehmenden Schlacke bedeckt ist, wobei die Kohle in das Eisenbad eingeführt und
mit gleichzeitig eingeführten sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln vergast wird, ein Teil der
schwefelhaltigen Schlacke kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entschwefelt und in den
Eisenbadreaktor zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in flüssigem
Zustand in ein Entschwefelungsgefäß überfahrt wird, in dem sie durch Einführen von sauerstoffhaltigen
Gasen unterhalb der Oberfläche in flüssigem Zustand entschwefelt und in flüssigem Zustand in
den Eisenbadreaktor zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelung mit einem
Gemisch £^s Sauerstoff und Inertgas ausgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelung der Schlacke mit,
gegebenenfalls vorgeheizter. Luft ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der
Schlacke ständig zwischen 1350 und 1450°C gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelgehalt
der Schlacke im Eisenbadreaktor deutlich unter dem Sättigungswert, insbesondere zwischen i und 3%,
vorzugsweise bei 1 Vo1^eIialleu wird.
6. Vorrichtung zum Vergasen von schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadres, .tor nach Anspruch
I, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eisenbadreaktor (1) ein Entschwefelungsraum (7) über einen
Schlackenabzugskanal (S)1 der unterhalb des Schlakkenbadspiegels
verläuft und der zu einem Beruhigungsraum (6) verbreitert ist, und über einen
Schlackenriickströmkanal (11) mit Überlauf (12) in Verbindung steht; und daß der Entschwefelungsrautn
(7) Düsen (9) zur Zuführung eines sauerstofthaltigen Gases unterhalb der Schlackenoberfläche
aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entschwefelungsraum (7)
und Schlackenrückströmkanal (11) ein Gasiift (10) angeordnet ist.
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