DE2521080A1

DE2521080A1 - Verfahren zum vergasen fester brennstoffe

Info

Publication number: DE2521080A1
Application number: DE19752521080
Authority: DE
Inventors: Yukio Iwasaki; Takezo Nakamura
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-05-12
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS50145403A; JPS5244564B2

Description

Verfahren zum Vergasen fsster Brennstoffe Disse Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Verfahren zum Vergasen fester Brennstoffe mit der Verwendung von geschmolzenem Eisen als ein Warmemittel und ein Gerät dafur.
Ein Verfahren ist bereits bekannt, in welchem flüssige Schlacke odsr geschmolzenes Eisen als ein Wärmemittel für die Vergasung fester Brennstoffe Verwendet wird. Das britische Patent Nr. 666 119 offenbart z.B. ein Verfahren zum Umsetzen eines festen Brennstoffes zu Wassergas, in welchem der feste Brennstoff und Luftsauerstoff od. dgl.
exothermische Vergasungsmittel in geschmolzene, flüssige Schlacke eingeführt werden, die aus der Asche des festen Brennstoffes gebildet wird, mit dem Zusatz eines endothermischen Vergasungsmittels, wenn gewünscht. Um die wirkungsvolle Reaktion bei dissem Verfahren sicherzustellen, ist es jedoch notwendig, die Fließmenge der in dem Reaktionsgsfäß in Umlauf zu bringenden Schlacke zu erhöhen, während die Schlacke auf siner hohen Temperatur von etwa 1600 bis 1800 OC gehalten wird, weil die Schlacke eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist. Das Verfahren erfordert deshalb nicht nur ein beschwerliches Vorgehen, sondern auch erhöhte Ausrüstungskosten infolge der Verwendung von materialien, die gegen hohe Temperaturen beständig sind. Ferner besteht in diesem Verfahren der fests Brennstoff der Schlacke in der Form von Partikeln, ohne darin gelöst zu sein, so daß die Reaktion bei einer niedrigen Gsschwindigkeit verläuft, um schlechte Ergebnisse zu ergeben. Das Verfahren erlaubt dem Schwefelgehalt des festen Brennstoffes, als SO2 in dem sich ergebenden Gas zu verbleiben, welches entschwefelt werden muß. Demgemäß sind Vorschläge gsmacht worden, andere Wärmemittel anstelle von geschmolzener Schlacke zu verwandeln. Es ist z.B. vorgeschlagen worden, ein Reaktionsgefäß zu verwenden, das mit einem Einlaß für festen Brennstoff und Dampf und einem Sauerstoffgaseinlaß ausgerüstet ist, welcher geeignet ist, sich in das darin anzubringende geschmolzene Eisen zu erstrecken, derart, daß die Wassergasreaktion (endothermischs Reaktion) zwischen dem festen Brennstoff und Dampf in dem Wärmemittel bewirkt wird, während die Verbrennungsreaktion (exothermische Reaktion) zwischen Sauerstoffgas und dem kohleartigen Gehalt des in dem geschmolzenen Eisen gelösten festen Brennstoffes erlaubt wird, um Wärme für die Wassergasreaktion zu liefarn. Dieses Verfahren weist verschiedene Vorteile auf: Die hohe thermische Leitfähigkeit des geschmolzenen Eisens macht es möglich, die menge des zu zirkulierenden Eisens zu vermindern; die Temperatur von geschmolzenem Eisen, welche verhältnismäßig niedriger ist als die von Schlacke, führt zu einer Abnahme der Ausrüstungskosten; und der in dem geschmolzenem Eisen gelösts Kohlenstoff stellt sine hohe Reaktionsgeschwindigkeit und eine stark erhöhte Gasausbeute sicher. Das Verfahren weist einen anderen Vorteil auf, da der geschmolzene Aschengehalt des festen Brennstoffes aus dem Reaktionsgefäß fließt, sie wird spontan als die obere Schicht von dem geschmolzenem Eisen infolge des Unterschiedes des spezifischen Gewichtes spontan gstrennt, und es ist möglich, Entschwefelung während des Betriebes zu erreichen durch mischen einer geringen menge von CaO mit dem festen Brennstoff, wann er einen hohen Schwefelgehalt aufweist, um den Schwefelgehalt in der Form von CaS zu entfernen. Dieses Verfahren weist jedoch den großen Nachteil auf, ein zusätzliches Gerät für die Herstellung von Sauerstoffgas nötig zu machen, weil die Verwendung von Luft anstelle von Sauerstoffgas einer großen menge von Stickstoffgas erlaubt, in dem erhaltenen Gas zu verbleiben, was den Heizwert des Gases stark vermindert. Das Verfahren ist deshalb noch in einem experimentellen maßstab durchführbar.
Demgemäß besteht eine Hauptaufgabe dieser Erfindung darin, ein neuartiges Verfahren zum Vergasen eines festen Brennstoffes vorzusehen, das frei von den obigen bisher erfahrenen Nachteilen ist.
Eine andere Aufgabs dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vergasen eines festen Brennstoffes mit der Verwendung von geschmolzenem Eisen als ein Wärmemittel vorzusehen, in welchem Verfahren Luft als ein exothermisches Vergasungsmittel verwendet wird, um ein Gas herzustellen, das frei von Stickstoffgas ist.
Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Gefäß zum Vergasen eines festen Brennstoffes mit der Verwendung von geschmolzenem Eisen als ein Wärmemittel vorzusehen, ohne die Verwendung eines zusätzlichen Gerätes für die Herstellung von Sauerstoffgas.
Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher werden.
Die vorliegende Erfindung sieht ein neuartiges Verfahren zum Vergasen eines festen Brennstoffes vor, durch Laden des festen Brennstoffes und Dampf in geschmolzenes Eisen in einem Reaktionsgefäß, das von der äußeren Atmosphäre abgedichtet ist, welches gekennzeichnet ist durch das Abziehen des erzeugten Gases von einem oberen RAum des Reaktionsgefäßes, kontinuierliches Aussenden eines Teilss des geschmolzenen Eisens aus dem Reaktionsgefäß in einen Verbrennungsofen, Pressen von Luft in das geschmolzene Eisen in dem Verbrennungsofen, um die kohleartigen Bestandteile des festen Brennstoffes zu verbrennen, die in dem geschmolzenen Eisen enthalten sind und danach das Zurückbringen dss geschmolzenen Eisens zu dem Reaktionsgefäß.
Bei dem Verfahren dieser Erfindung werden getrennte Reaktionsgefäße für die Vergasungsreaktion zwischen einem festen Brennstoff und Dampf und für die Reaktion zwischen dem kohleartigen Gshalt des festen Brsnntoffes und dem Sauerstoff in Luft für die Lieferung von Wärme verwendet, und die Ubertragung von nur geschmolzenem Eisen, d.h. dem Wärmemittel, ist ständig zwischen den zwei Reaktionsgefäßen statt. Obwohl somit feste Brennstoffe mit der Verwendung von geschmolzenem Eisen als das Wärmemittel vergast werden, wie gewöhnlich praktiziert, ergibt das vorliegende Verfahren nicht wie herkömmliche Verfahren ein hoch Hoch-Kaloriengas, das vollständig frei von Stickstoffgas ist, das sonst von der Luft erhalten wird, ohne die Verwendung eines zusätzlichen teuren Gerätes für die Herstellung von Sauerstoffgas.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird -ein fester Brsnnstoff und Dampf in geschmolzenes Eisen in einem ersten Reaktionsgefäß (Vergasungsreaktor) eingeführt, das von der äußeren Atmosphäre abgedichtet ist. Der Brennstoff und Dampf reagieren miteinander, um hauptsächlich wassergas (H2 + CO) herzustellen. Der Vergasungsreaktor umfaßt einen oberen Raum für das erzeugte Gas. Der Raum weist atmosphärischen Druck odsr einen erhöhten Druck auf, gewöhnlich bis zu etwa 35 kp/cm². Verschiedene feste Brennstoffe sind in dieser Erfindung verwendbar. Beispiels sind Kohlen einschließlich normale Kohlen, wie beispielsweise Torf, Lignit, Braunkohle, Pechkohle und Anthrazit, liptobiolische Kohle, Sapropelkohle, etc.; Kokse einschließlich Kohlenkoks, Petroleumkoks etc.; Teersand; ÖIschiefer; Pech. Jeder dieser Brennstoffe ist verwendbar, beinahe ungeachtet des Wassergehaltes, der menge der Verunreinigungen, deren Backfähigkeit etc.. Um den Reaktionswirkungsgrsd zu verbessern und den Zuführvorgang zu erleichtern, wird bevorzugt, den festen Brennstoff vor dem Zuführen zu zerkleinern. Die Korngröße des festen Brennstoffes, welche mit der Art des Brennstoffes und der Anordnung zum Zuführen des Brennstoffes zu dem Reaktionsgefäß variiert, ist gswöhnlich nicht größer als etwa 8 mm, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,5 bis 4 mm. Vorzugsweise wird der feste Brennstoff mit unter Druck stehendem Dampf dem Reaktionsgefäß zugeführt, der als ein endothermisches Vergasungsmittel dient. Die menge von Dampf relativ zu dem festen Brennstoff ist gewöhnlich etwa 1 bis 5 mol, vorzugsweise etwa 1,5 bis 3 mol pro mol des Kohlenstoffes in dem festen Brennstoff, obwohl mit der Art des festen Brennstoffes, der Korngröße des zerkleinerten festen Brennstoffes, der Zusammensetzung des gewünschten Gases etc. variabel. Der Dampfdruck variiert mit der Korngröße des zerkleinerten Brennstoffes, der dem geschmolzenem Eisen durch den Dampf zugeführt werden soll, dem Druck der inneren Atmosphäre des Vergasungsreaktors, dem durch das geschmolzene Eisen ausgeübten Druck, etc..
Im allgemeinen ist er etwa 1 bis 10 kp/cm² höher als der Innendruck des Vergasungsreaktors. Wenn der Dampf eine übermäßig hohe Temperatur aufweist, wird er den festen Brennstoff klebrig machen und es wird schwierig sein, ihn mit Druck zuzuführen, so daß der Dampf vorzugsweise eine Temperatur von bis zu etwa 350 OC aufweist. Wenn die Vergasung eingeleitet wird, ist das in dem Vergasungsreaktor vorhandene geschmolzene material nur geschmolzenes Eisen, aber wenn die Reaktion über einen langen Zeitraum fortgesetzt wird, wird der Aschengehalt des festen Brennstoffes geschmolzen, um Schlacke herzustellen, welche infolge des Unterschiedes des spezifischen Gewichtes zwischen der Schlacke und dem geschmolzenem Eisen eine Schicht über dem geschmolzenen Eisen bildet. Beispiele des anfänglich in dem Vergasungsreaktor zu beschichtenden Eisens sind reines Eisen für industrielle Verwendung, Gußeisen, Waffeneisen etc., unter welchen Eisen, die etwa 3 bis 4 Gswichts-% Kohlenstoff enthalten, vom Gesichtspunkt des niedrigeren Schmelzpunktes und dessen niedrigerer Viskosität in geschmolzenem Zustand bevorzugt werden. Wenn der feste Brennstoff Schwefel enthält, wird der Beschickung vorzugsweise CaO zugesetzt. Die Verbindung rsagisrt mit dem Schwefel und entschwefelt den Brennstoff, und das sich ergebende CaS bewegt sich in die geschmolzene Schlacke. Obwohl die menge von CaO, wenn verwendet, mit dem Schwefelgahalt und dem Aschengehalt dss festen Brennstoffes stc. weit variabel ist, beträgt er im allgemeinen 1,8 bis 3,0 mal dem Gewicht des Schwefels in dem Brennstoff. Der Zusatz von CaO wird auch bevorzugt, um die Fließfähigkeit der Schlacke zu erhöhen. Das Wassergas (das hauptsächlich CO und H2 enthält), das sich aus der Reaktion zwischen dem Dampf und dem in dem geschmolzenem Eisen gelösten Kohlenstoff ergibt, als auch CH4 und dgl. Kohlenwasserstoffgese, CO, H2, etc., erzeugt durch trockene Destillation der flüssigen Bestandteils des festen Brennstoffes, laufen von dem oberen Raum des Reaktors ab. Wenn gewünscht, werden diese Gas gsreinigt, um C02 und dgl. zu entfernen, und anschließend z.B. der methanisierung ausgesetzt.
Da die Reaktion zwischen dem festen Brennstoff und Dampf indothermisch ist, muß das geschmolzene Eisen erhitzt werden, um auf eine Temperatur von über seinem Schmelzpunkt bis etwa 1600 OC gehalten zu werden. Gsmäß disser Erfindung wird das geschmolzene Eisen, das die kohleartigen Bestandteile des festen Brennstoffes enthält, kontinuierlich einem zweiten Reaktionsgefäß (Verbrennungsofen) zugeführt, in welchem Luft in das geschmolzene Eisen eingeführt wird, um den kohleartigen Bestandteil zu verbrennen und Wärme zu liefern. Wenn die menge der durch die exothermische Rsaktion zwischen dem Sauerstoff in der Luft und dem in dem geschmolzenem Eisen freigegebenen kohleartigen Bestandteilen nicht ausreicht, kann eine geringe menge fester Brennstoffpartikel oder Körner in das geschmolzene Eisen in dem Verbrennungsofen zusammen mit der Luft zugeführt werden. Das in dem Verbrennungsofen erhitzte geschmolzene Eisen wird kontinuierlich zu dem vergasenden Reaktionsgefäß zurückgsführt. Dsr Übergang des geschmolzenen Eisens zwischen dem vergasenden Reaktionsgefäß und dem Verbrennungsofen wird durch geeignete Anordnungen ausgeführt, wie beapielsweise elektromagnetische Pumpe, Gashebepumpe etc., unter welchen die elektromagnetische Pumpe am vorteilhaftesten anzuwenden ist, welche die elektrische Leitfähigkeit des geschmolzenen Eisens verwendet. Dsr Grad der Erhitzung in dem Verbrennungsofen und die menge von geschmolzenem Eisen, das durch das Reaktionsgefäß und den Verbrennungsofen zu zirkulieren ist, sind derart, daß das geschmolzene Eisen in dem vergasenden Reaktionsgefäß auf einer Temperatur von wenigstens über dem Schmelzpunkt des Kohlenstoff enthaltenden Eisens bis auf etwa 16000C gehalten werden kann, vorzugsweise von etwa 1300 bis 14500C.
Wenn das vorliegende Verfahren kontinuisrlich ausgeübt wird, nimmt die menge von Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisens in dem vergassnden Reaktionsgefäß als auch in dem Verbrennungsofen progressiv zu, um den Vorgang zu srschweren. Demgemäß wird eins geeignete menge von geschmolzener Schlacke von einem oberen Teil von jedem Reaktionsgefäßjvon oban ausgestoßen. Wenn ferner der feste Brennstoff Eisen enthält, nimmt die menge des geschmolzenen Eisens ebenfalls progressiv zu, so daß bevorzugt wird, das geschmolzene Eisen in einem Betrag über der angegebenen menge ablaufen zu lassen, z.B. von dem Boden des Reaktionsgefäßes und/oder Verbrennungsofens oder aus seiner Nachbarschaft.
Unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung, welche eine Ausführungsform des Gerätes dieser Erfindung schematisch darstellt, wird das vorlisgende Verfahren und Gerät zum Vergasen fester Brennstoffe im folgenden ausführlicher beschrieben. Das vorliegende Verfahren und Gerät kann natürlich verschiedentlich modifiziert werden und sind für vielseitige Zwecke anwendbar, und die im folgenden angegebene Beschreibung ist auf keins Weise begrenzend.
Ein fester Brennstoff C (im folgenden symbolisch als Kohle bezaichnet) wird durch ein Zerkleinerungsgerät 1 beispielsweis auf etwa 0,5 bis 4 mm zerkleinert, und wenn gewünscht, wird ein Zusatz L, d.h. CaO, zugesetzt und mit der zerkleinerten Kohle in einem mischgerät 2 gemischt zur Entschwefelung der Kohle und Einstellung der Fließfähigkeit der Schlacke. Das somit bearbeitete Ausgangsmaterial m wird durch einen Einlaß 3a in einsn Trichter 3 baschickt, welcher mit einem Doppelventil 5 od. dgl. Druckregler versehen ist, um die Verminderung des inneren hohen Druckes eines Zuführbehälters 4 zu verhindern, wenn das material von dem Trichter 3 in den Behälter 4 gebracht wird. Das material m wird von dem Behälter 4 in eine Zuführleitung 7(iJfi eine Förderschnecke ausgeschickt, die durch einen motor 6a und ein Untersetzungsgetriebe 6b mit einer angegebenen Gsschwindigkeit angetrieben wird. Die Zuführleitung 7 ist mit einem wärmeisolierenden material besetzt. Dampf wird von einem Behälter 34 zugeführt, der mit einem Druckmesser 34a und einem Sicherheitsventil 34b ausgerüstet ist, durch ein Drosselventil 35 zu einem Vorwärmer 36, in welchem er z.B.
auf etwa 3000C srhitzt wirda Der somit hergestellte Dampf H hoher Temperatur drückt das material m in eine Druckstrahlpumpe 8, von welcher das material m zusammen mit dem Dampf H in geschmolzenes Eisen F an oder nahe dem Boden 12 einss Reaktionsgefäßes 9 in Form eines vertikalen, hohlen, geschlossenen Zylinders geblasen wird. Außerhalb des Reaktionsgefäßes ist die Druckstrahlpumpe 8 in Berührung mit Dampf z.B. von etwa 3000C, während sie innerhalb dss Reaktionsgefäßes in Berührung mit dem geschmolzenen Eisen ist, das solch eine hohe Temperatur von etwa bis zu 16000C aufweist, so daß es aus wärmebeständigem metall oder Nichtmetall hergestellt ist, das in der Lage ist, den Wärmestoß infolge großer Temperaturunterschiede zu widerstehen. Beispiele solchen materials sind Nimonic, molybdän, Titan, Craphit, Wolfram, Aluminiumoxid, molybdänsilicat, etc.. Die Druckstrahlpumpe 8 weist eine doppelte bis mehrfach rohrförmige Wand auf und wird mit teil, Luft oder geschmolzenem metall, wie beispielsweise Pb-Bi-Sn-Legierung gekühlt. Obwohl die Zeichnung darstellt, daß das Rcaktionsgefäß 9 eine geschmolzene masse aus zwei Schichten enthält, d.h. das geschmolzene Eisen F und die geschmolzene Schlacke S,ist hierin nur das geschmolzene Eisen F vorhanden, wenn das Reaktionsgefäß in Betrieb gesetzt wird. Die geschmolzene Schlacke S wird zunehmend aus dem Aschsngehalt der Kohle und dem Zusatz L gebildet, wenn die Vergasung der Kohle fortschreitet. Die Wand 10 des Reaktionsgefäßes ist aus einer druckbeständigen Struktur, die in der Lage ist, der unter Druck stehenden Atmosphäre des Raumes über der geschmolzenen Schlackenschicht zu widerstehen, als auch der Last der geschmolzenen Schlacke und dss geschmolzenen Eisens. Die Wand 10 des Reaktionsgefäßes ist z.B. eine Doppelwand, wie veranschaulicht, oder kann eine dreifache bis mehrfache Wand ssin, um mit Luft oder Wasser gekühlt zu werden. Die Wand 10 des Reaktionsgefäßes ist mit einem stark wärmebeständigen material ausgekleidet, das in der Lage ist, hohen Temperaturen in der Größenordnung von 16000 C zu widerstehen. Speziell der Teil dss Rsaktionsgefäßes, der in Berührung mit dem geschmolzenen metall F ist, ist mit einem basicity-beständigen, fsuerbeständigen material ausgekleidet, wie beispielsweise magnssiumoxid-Chromia, Aluminiumoxid oder magnssiumoxid-Kohisnstoffart.
Ein anderer Teil des Reaktionsgefäßes in Berührung mit der geschmolzenen Schlacke S ist mit einem säursbeständigenn hitzefesten material ausgekleidet, wie z.B. von der Art hohen Aluminiumoxids. Um den Pegel des geschmolzenen Eisens F konstant zu halten und konstante Reaktionsbedingungen beizubehalten, weist ein elektromagnetischer Fühler 11 des Flüssigkeitspegels die Grenzflächs zwischen der Schicht des geschmolzenen Eisens F und der Schicht von geschmolzener Schlacke S nach und ist auf der Außenseite der Wand 10 des Reakticinsgefäßes an oder nahs der Stellung befestigt, wo die Grenzfläche gehalten werden soll. Wenn der Eisengehalt der Kohlen den Pegel des geschmolzenen Eisens F hebt, weist der Fühler 11 das Ansteigen nach, um ein Vsntil 14 zu betätigen, welches das geschmolzene Eisen aus einem Eisenauslaß 13 um eine menge ausstößt, die der Zunahme entspricht, um dadurch den Pegel konstant zu halten. Innerhalb des geschmolzenen Eisens F reagiert der Kohlenstoff in der Kohle vorwiegend mit dem Dampf bei einer hohen Temperailir, was hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid ergibt, welche den Raum in dem Reaktionsgefäß über der geschmolzenen Schlacke S erreichen. Obwohl der Raum nicht immer einen erhöhten Druck aufzuweisen braucht, wird bevorzugt, den Raum unter Druck zu setzen, um den CH4-Gshalt des erhaltenen Gases zu erhöhen und dadurch den Kaloriengehalt des Gases zu erhöhen. Wenn unter Druck gssetzt, weist der Raum gewöhnlich einen Druck von etwa 25 bis 35 kp/cm² auf. Die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in der Kohle werden durch Erhitzen der trockenen Destillation ausgesetzt, was ebenfalls ein Gas entwickelt.
Hauptsächlich können die folgenden Vergasungsreaktionen in dem Reaktionsgefäß stattfinden: C + H20 H2 + CO ------ (1) C + 2H2 CH4 ------ (2) CO + H20 CO2 + H2 -------(3) C mHn (flüchtige Kohle) CH4, H2 etc. ---- (4) Die anorganischen Substanzen, wie beispielsweise Eisen, Aluminium, Calcium, mangan, magnesium, Phosphor, Schwefel etc., welche in der Kohle snthalten eine geschmolzene Asche bilden, von welcher ein Teil durch Kohlenstoff reduziert und auf dem Boden des Reaktionsgefäßes abgelagert wird. Die Substanzen, welche frei von Reduktion verbleiben, bewegen sich aufwärts und fließen auf dem geschmolzenen Eisen in Form einer Schlacke. Wenn die Kohle Schwefel enthält, reagiert der Schwefel mit dem geschmolzenen Eisen, um FsS zu ergeben, welches dann z.B. mit CaO wie folge reagiert: FeS + CaO + C Fe + CaS + CO Somit wird der Schwefel als Schlacke ausgeschieden, wobei das entwickelte Gas beinahe frei von Schwefelverbindungen gemacht wird. Die anorganischen Substanzen, reduziert durch Kohlenstoff und abgelagert am Boden des Reaktionsgefäßes, wie oben beschrieben, werden von dem Reaktionsgefäß 9 durch den Auslaß 13 ablaufen lassen.
Wegen der endothermischen Reaktion zwischen Kohlenstoff und Dampf vermindert sich die Temperatur des geschmolzenen Eisens F in dem Reaktionsgefäß 9, ein Teil des geschmo4zenen Eisens wird kontinuierlich durch ein Rohr 16 (oder 16a) zu einem Brennofen 15 in der Form eines vertikalen, hohlsn, geschlossenen Zylinders geschickt, in welchem Luft A, die durch eine Druckstrahlpumpe 37 gedrückt wird, die kohlenstoffhaltigen Bestandteile der in dem Eisen enthaltenen Kohle verbrennt, um thermische Energie zu ergänzen. Wenn ausreichend thermischs Energie nur durch die Verbrennung von kohleartigen Substanzen in dem geschmolzenen Eisen nicht zur Verfügung steht, kann Kohlepulver in das geschmolzene Eisen zusammen mit Luft geblasen werden. Die folgenden Reaktionen findsn auch zum Erhitzan in dem Brennofen 15 statt.
Es203 + C 8 2FeO + CO - 39 kcal (endothsrmisch) 2Fe0 + 1/202 = Fe203 + 64,3 kcal (exothermisch) Das in dem Brennofen erhitzte, geschmolzene Eisen wird durch das Rohr 16a (oder 16) zu dem Reaktionsgefäß 9 zurückgebracht. Die Übertragung des geschmolzenen Eisens F zwischen dem Reaktionsgefäß 9 und dem Brennofen 15 wird durch elektromagnetische Pumpen 17 und 17a ausgsführt.
Die Förderung des materials m zu dem Reaktionsgefäß 9, die menge des zwischen dem Reaktionsgefäß und dem Ofen zu zirkulierenden geschmolzenen Eisens und die Ladung von Sauerstoff in dem Brsnnofen 15 wird durch bekannte Anordnungen (nicht dargestellt) konstruiert, die ansprechend auf Temperaturänderungen in dem Reaktionsgefäß betätigbar sind, nachgewiesen durch eine Anzahl von (z.B. drei, in der veranschaulichten Ausführungsform) Temperaturanzeigern 24, die auf der Deckwand, dem Boden etc. de-s Reaktionsgefäßes 9 befestigt sind. Wenn somit die gsmessene Temperatur von dem vorbestimmten Betrag variiert, wird der Bstrag von wenigstens einem dss materials m, Eisen F und Sauerstoff geeignet. variiert. Eine Zunahme der Schlacke S, die sich aus dem Betrieb des Reaktionsgefäßes 9 ergibt, fließt durch einen Überlauf 18 in einen Kühlbehälter 19, in welchem sie gekühlt wird. Wenn gewünscht, wird die gekühlte Schlacke durch eine elektromagnetische Schüttelvorr-ichtung (nicht dargestellt) in Teile getsilt. Da der Kühlbehälter 19 unter dsmselben Druck steht wie der Innsnraum des Reaktionsgefäßes 9, werden die Ventile 21a und 21b aufeinanderfolgend geöffnet und geschlossen, um die abgeteilte Schlacke mittels einer Leitung 21 in einen Lagerbehälter 20 zu schicken, ohne eine Verminderung dss Innendruckes des Reaktionsgefäßes 9 zu erlauben. Der Lagerbehälter 20 für Schlacke weist einen abdichtbaren Verschluß 20a auf, welcher in Betriebsrelation zu den Vsntilen 21a und 21b geöffnet und geschlossen werden, wodurch die abgeteilte Schlacke von der Anlage entnommen werden kann, ohne einen Druckabfall zu srlauben. Dis abgezogsne Schlacke wird einsr Entschwefelungsvorrichtung 22 zugeführt, in welcher sie mit Dampf behandelt wird, um Calciumsulfid in CaO, H2S und S02 umzuwandeln. Das CaO wird dem mischgerät 2 zur Wiederverwendung zugeführt, während H2S und S02 einem Schwefel-Rückgewinnungsbauteil 23 geschickt werden, um Schwefel Y wieder zu gewinnen. Der Betrieb in dem Brennofen 15 ergibt auch Schlacke S, obwohl in einer viel geringersn menge als in dem Reaktionsgefäß 9. Auf dieselbe Weise wie in dem Reaktionsgefäß 9 wird demgemäß die Schlacke durch einen Überlauf 40 in einen Kühlbehälter 41 fließen lassen. Da sich keine Beanstandung ergibt, wenn das Auspuffgas von dem Brennofen 15 Dampf und andere Gas enthält, wird dem Kühlbehälter 41 Wasser zugeführt, um die Schlacke zu löschen und sie dadurch direkt in Körner oder Granulat zu teilen. Ventile 42a und 42b werden geeignet geöffnet und geschlosssn, um die Schlacke und Kühlwasser aus dem unter Druck stshsnden System zu einem atmosphärischen Drucksystem mittels eines Lagerbehälters 42 für Schlacke abzuziehen. Der durch das Löschen der Schlacke erzeugte Dampf mag möglicherweise die Schlacke in der menge des Überlaufes 40 kühlen und die Fließfähigkeit der Schlacke ssnken. Wenn nötig, kann deshalb ein Brenner 41a nahe dem überlauf 40 angeordnet werden.
Das durch das Verfahren dieser Erfindung in dem Reaktionsgefäß 9 erzeugte Rohgas von hoher Temperatur, das H2, CO, CH4, C02 etc. enthält, wird durch einen Gasauslaß 26 einem Kühlbauteil 28 zugeführt, neben welchem ein Kratzeisen 27 vorgesehen ist, um Partikel und Staub daran zu hindern, den Auslaß zu verstopfen. Das von dem Reaktionsgefäß 9 austretende Rohgas, das gewöhnlich eine hohe Temperatur von etwa 1000 OC aufweist, wird durch das Kühlbauteil 28 schnell auf etwa 450 OC abgekühlt, um die Ablagerung von Kohlenstoff zu verhindern und um Teer, Staub, Ammoniak und dgl. zu kondensieren. Durch eine Leitung 32 wird das abgekühlte Gas einem durch Abgas geheizten Wärmekessel 29 zugeführt, in welchem die Enthalpy rückgewonnen und das Gas weiter auf etwa 350 OC abgekühlt wird. Der durch den Wärmekessel 29 erhaltene Dampf wird dem Dampfbehälter 34 zugeführt, zur Verwendung in dem Reaktionsgefäß 9, oder wird für verschiedene andere Zwecke verwendet. Dsr kondensierte Teer, Ammoniak etc. werden von der gasförmigen Phase in einem Trenngerät 30 abgeschieden und können durch eine Zirkulationspumpe 31 dem Kühlbauteil 28 zur Verwendung als ein Kühlmittel zurückgaführt werden. Das aus dem Wärmskessel 29 austretende Gas wird einem Konverter 43 zugeführt, in welchem CO mit Dampf reagiert (welcher von dem Ulärmekessel 29 geliefert wird) und stellt Wasserstoff und CO2 her. Das aus dem Konverter 43 ausgeschickte Gas wird einem Reinigungsbauteil 44 zugeführt, in welchem C02 H2S etc. von dem Gas entfernt werden. Das aus dem Reinigungsbauteil 44 ausströmende Gas weist eine verminderte Temperatur von etwa 100 OC auf und wird deshalb z.B. auf etwa 350 OC durch geeignete bekannte Anordnungen (nicht dergestellt) erwärmt und dann einem methanisierungs-Reaktionsgefäß 45 zur methanisierungareaktion zugeführt. Da die metha nisierungsreaktion beträchtliche Wärmeerzeugung umfaßt, wird dem Reaktionsgefäß 45 zum Abkühlen Wasser W zugeführt, und der sich ergebende Dampf H wird geeignet verwendet. Das von dem Reaktionsgefäß 45 abgesaugte Gas enthält CH4, hergestellt aus CO und H2 durch methanisierungsreaktion, und CH4, hergestellt in dem Reaktionsgefäß 9, wobei der gesamt CH4-Cehalt gewöhnlich wenigstens 90 % beträgt und einen Kalorienwert von etwa 8000 kcal/m3 aufweist.
Für ein besseres Verständnis dieser Erfindung sind im folgenden Beispiele angegeben.
Beispiel 1 Eine Tonne Pechkohle (Korngröße: 0,5 bis 2 mm) mit der in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzung wird mit 290 kg Dampf von etwa 32 bis 37 kp/cm² bei 350 °C und mit dem Zusatz von 6 kg CaO über einen Zeitraum von 90 minuten vergast, wobei das veranschaulichte Gerät verwendet wird, das hauptsächlich ein zylindrisches Reaktionsgefäß 9 enthält, etwa 100 cm Innendurchmesser und 4,2 m3 Innenvolumen und eins zylindrischen Brennofen 15, 125 cm Innendurchmesser und 6,5 m3 inneres Volumen, um etwa 1600 m3 Rohgas der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung zu erhalten. Der Druck in dem oberen Raum des Reaktionsefäßes beträgt etwa 25 bis 30 kp/cm². Für die Einleitung der Reaktion werden 30 Tonnen von geschmolzenem Eisen (Kohlenstoffgehalt: etwa 3 %) in das Reaktionsgefäß und den Brennofen auf eine Tiefe von etwa 1,5 m gebracht, und während der Rsaktion wird das geschmolzene Eisen zwischen dem Reaktionsgefäß und dem Ofen bsi einer Gsschwindigksit von etwa 1 Tonne/Stunde zirkuliert. Luft wird in den 3 Brennofen bei einer Geschwindigkeit von 3000 cm3/Std.
eingeblasen, um das Innere des Reaktionsgefäßes 9 auf einer Temperatur von wenigstens 1350 °C zu halten.
Tabelle 1 fester flüchtige Asche Wasser Schwefel Kohlenstoff Stoffe ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~ 48,8 43,1 7,71 1,24 0,31 Gewichts-% Gewichts-% Gswichts-% Gswichts-% Gswichts-% Tabelle 2 H2 CO CH4 C02 O2 + N2 56,8 vol.% 24,2 vol.% 10,8 vol.% 5,8 vol.% 2,4 vol.% Das sich ergebende Gas (100 Volumenteile) wird der CO-Umwandlung durch Zusetzen von Dampf bei etwa 350 C in einer menge von etwa 1,5 mol pro mol von CO in dem Gas unterzogen, um 104 Volumenteile eines Gases zu srhalten, das die in Tabelle 3 dargestellte Zusammensetzung aufweist. Das Gas wird dann der C02-Absorption unterzogen, um 94,2 Volumenteile eines Gases der in Tabelle 4 aufgeführten Zusammensetzung zu ergeben.
Tabelle 3 H2 CO CH4 C02 O O2 + N2 58,5 vol.% 19,4 vol.% 10,4 vol.% 9,0 Vol.% Balance Tabelle 4 H2 CO CH4 °2 +N2 64,5 vol.% 21,4 vol.% 11,5 vol.% 2,5 vol.% Das Gas wird dann sinsm methanisierungsreaktor zugeführt, um 33,4 Volumenteile eines Gases zu erhalten, das 92,8 Volumen-% methan enthält (der Ausgleich 02 und N2) und ähnelt synthetisiertem Naturgas. Das Gas ist frei von jeglichem Schwefel und weist einen Kalorienbetrag von 3 etwa 8800 kcal/Nm auf.
Beispiel 2 Eine 450 m3 menge eines synthetisierten Naturgases wird auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen, daß 1 Tonne von milke-Kohle (Korngröße: 0,5 - 2 mm) verwendet wird, die 1,2 % Schwefel enthält und 30 kg CaO zugesetzt wird. Das Gas enthält 86 Volumsn-% methan und weist einen Kalorienbetrag von etwa 8200 kcal/Nm³ auf.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1 Verfahren zum Vergasen eines festen Brennstoffes lurch Beschicken des festen Brennstoffes und Dampf in geschmolzenes Eisen in einem Reaktionsgefäß, das von der äußeren Atmosphäre abgedichtet ist, g e k e n n -z e i c h n s t d u r c h das Abziehen des hergestellten Gases von einem oberen Raum des Reaktionsgefäßes, kontinuierliches Ausbringen eines Teils des geschmolzenen Eisens aus dem Reaktionsgefäß in einen Brennofen, Drücken von Luft in das geschmolzene Eisen in den Brennpfen, um die kohlenstoffhaltigen Bestandteile des in dem geschmolzenen Eisen enthaltenen festen Brennstoffes zu verbrsnnen und danach das Zurückbringen des geschmolzenen Eisens zu dem Reaktionsgefäß.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Korngröße dss festen Brennstoffss nicht größer als etwa 8 mm ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Korngröße des festen Brsnnstoffes in dem Bereich von etwa 0,5 bis 4 mm liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die menge von Dampf etwa 1 bis 5 mole pro mol des Kohlenstoffes in dem festen Brennstoff beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die menge von Dampf etwa 1,5 bis 3 mole pro mol des Kohlenstoffes in dem festen Brennstoff beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Druck des Dampfes etwa 1 bis 10 kp/cm² höher'ist als der Innendruck des vergasenden Reaktionsgefäßes.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn -z e i c h n e t , daß die Dampftemperatur bis zu etwa 350 OC beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e p nz e i c h n e t , daß der obere Raum des Reaktionsgefäßes atmosphärischen Druck aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der obere Raum des Reaktionsgefäßes einen erhöhten Druck von bis zu stwa 35 kp/cm² aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß das geschmolzene Eisen etwa 3 bis 4 Gswichts-% Kohlenstoff enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g s k e n n z e i c h n e t , daß dem festen Brennstoff Calciumoxid zugesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Menge des zugesetzten Calciumoxids 1,8 bis 3,0 mal dem Gewicht des in dem festen Brennstoff enthaltenen Schwefel beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 2 daß die Temperatur des geschmolzenen Eisens bis zu etwa 1600 OC beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperatur von etwa 1300 bis 1450 OC beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Übertragung des geschmolzenen Eisens zwischen dem vergasenden Reaktionsgefäß und dem Brennofen durch eine elektromagnetische Pumpe ausgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u rc h g e k e n n z s i c h n e t , daß geschmolzene Schlacke von einem oberen Teil von jedem vergassnden Reaktionsgefäß und Brennofen aufgeladen wird.
17. Gerät zum Vergasen eines festen Brennstoffes, enthaltend ein vergasendes Reaktionsgefäß und einen Brennofan, jedes in der Form eines geschlossenen Gefäßes, um geschmolzenss Eisen zu enthalten, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n s t , daß das vergasends Reaktionsgefäß eine Anordnung zum Eingeben des festen Brennstoffes und Dampf in das geschmolzene metall darin enthält und einen Auslaß zum Abziehen von sinem oberen Raum desselben eines Gases, hergestellt durch Reaktion zwischen dem festen Brennstoff und dem Dampf, wobei der Brennofen eine Anordnung zum Eingeben von Luft in das geschmolzene Eisen darin aufweist und einen Auslaß für Verbrennungsabgas, das Reaktionsgefäß mit dem Brennofen durch eine Anzahl von Durchgängen in Verbindung steht zum Übertragen des geschmolzenen Eisens dazwischen durch eine Transportanordnung.
18. Gerät nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t S daß jeder der vergasenden Reaktionsgefäße und Brennöfen in der Form eines vertikalen, hohlen, geschlossenen Zylinders ist.
19. Gerät nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k s n n -z e i c h n e t , daß der obere Raum des vergasenden Reaktionsgefäßes auf atmosphärischem Druck gehalten wird.
20. Gerät nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der obere Raum des vergasenden Reaktionsgefäßes auf einem erhöhten Druck von bis zu 35 kp/cm2 gehalten wird.
21. Gsrät nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Transportanordnung für geschmolzenes Eisen eine elektromagnetische Pumpe ist.