DE2804933A1 - Produktion von synthesegas aus kohle - Google Patents

Produktion von synthesegas aus kohle

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Description

260A933 '3'
GHT 24.392.4
Gesellschaft für
Hochtemperaturreaktor-Technik mbH
Produktion von Synthesegas aus Kohle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur
Produktion von Synthesegas, d. h., eine Mischung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, aus Kohle mittels
nuklearer Wärme, insbesondere eine Anlage, die einen Methan-Spaltofen und/oder einen Wasserdampf-Kohlevergaser enthält.
Bei der Wasserdampf-Vergasung von beispielsweise Gasflammkohle mittels nuklearer Wärme entsteht nach der Abscheidung von Kohlendioxyd und Schweferwasserstoff ein Gas mit etwa 73 % Wasserstoff, 13 % Kohlenmonoxyd, 13 % Methan und 1 % höheren Kohlenwasserstoffen. Das Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis in diesem Gas
beträgt somit 5,6. Bei großtechnischen Syntheseprozessen werden beispielsweise für die Methanol-Synthese ein
Wasserstoff-Kohlenmonoyd-Verhältnis von 2,1 und für die Fischer-Tropsch-Synthese ein Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis von 1,6 bis 1,7 benötigt. Für Reduktions-Go/Fe 30.01.19 78
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verfahren kann dieses Verhältnis bis auf 1 zu 1 heruntergehen. Es wurde bereits vorgeschlagen, das Produktgas in einer Tiefteirperaturzerlegungsanlage in seine Gasbestandteile zu zerlegen und des Methan mit den höheren Kohlenwasserstoffen sowie den im Überschuß vorhandenen Wasserstoff als Beiprodukt abzugeben. Dies hat aber den Nachteil, daß nur ein begrenzter Teil der eingesetzten Kohle für das eigentliche Synthesegas verwendet werden kann.
In der deutschen Offenlegungsschrift 23 58 372 wird vorgeschlagen, das Produktgas einerseits zur Erzreduktion und andererseits zur Methanolsynthese zu verwenden. Das im Produktgas vorhandene Methan wird abgespalten und an anderer Stelle zur Wärmeerzeugung oder als chemischer Rohstoff verwendet. Das bei der Produktgasreinigung anfallende Kohlendioxyd wird offensichtlich nur in die Atmosphäre entlassen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 25 5 3 506 wird eine Anlage zur Produktion von Methan oder Synthesegas aus Kohle mittels nuklearer Wärme beschrieben, wobei ein Teil des Kohlenstoffs zunächst hydrierend vergast und der Rest-Kohlenstoff unter Zugabe von Wasserdampf zu Synthesegas umgewandelt wird. Auch in diesem Fall wird das Kohlendioxyd ausgewaschen und in die Atmosphäre abgegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Anlage zur Produktion von Synthesegas aus Kohle mittels nuklearer Wärme, bei der die eingesetzte Kohle möglichst weitgehend in das gewünschte Produkt umgewandelt wird. Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Anlage, bei der das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Produktgas zwischen etwa 1 und 2,5 zu
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- /- G" 24.392.4
geregelt werden kann. Dabei sollten iröglichst keine überschüssigen Methan- oder Wasserstoffmengen abgegeben werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage nach dem
1. Anspruch vorgeschlagen. Das am Ausgang abgeschiedene Kohlendioxyd wird erneut an geeigneter Stelle dem Kreislauf zugeführt und durch Wärmezufuhr mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd umgesetzt. Bei gleichbleibendem Kohledurchsatz wird auf diese Weise die abgegebene Produktgasmenge erhöht. Die dafür notwendige Wärmeenergie muß selbstverständlich vom Kernreaktor zur Verfügung gestellt werden. Da aber bei den bisher geplanten Anlagen zur Kohlevergasung ohnehin ein Teil der nuklearen Wärme auf niedrigerem Niveau zur Dampferzeugung und letzten Endes zur Stromerzeugung verbraucht werden mußte, kann man entsprechend der vorliegenden Erfindung das Kohlendioxyd mit nuklearer Wärme umsetzen, ohne die Reaktorleistung zu erhöhen.
Die ablaufenden Reaktionen im Vergaser:
Vergasung mit Wasserdampf:
C + H-O = CO + H» (Wassergasreaktion) 25
Vergasung mit Kohlendioxyd:
C + CO2 = 2 CO (Boudouard-Reaktion)
Im Methanspaltofen gilt:
H2O + CO2 + 2 CH4 = 3 CO + 5 H2
Diese Reaktionen laufen nicht stöchiometrisch ab, sondern es stellt sich je nach Überschuß des Vergasungsmittels, Druck und Temperatur ein bestimmtes Gleichgewicht ein.
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24.392.4 Die Anlage nach Anspruch 2 kann maximal zwei Teile Kohlendioxyd und 2 Teile Wasserdampf auf ein Teil Methan verarbeiten. Damit läßt sich immerhin ein Wasserstoff— Kohlenmonoxyd-Verhältnis von 2,9 erreichen. Damit nun im Methanspaltofen keine Strähnen unterschiedlicher GasZusammensetzung auftreten, ist es zweckmäßig, Methan, Wasserdampf und Kohlendioxyd in einem besonderen Mischer vor Eintritt in den Methanspaltofen zusammenzuführen und zusammen vorzuwärmen.
Die Anlage nach Anspruch 3 gestattet es ebenfalls, einen Anteil von Kohlendioxyd in Kohlenmonoxyd umzusetzen. Auch hier ist es aus den gleichen Gründen zweckmäßig, Wasserdampf und Kohlendioxyd in einem besonderen Mischer vor Eintritt in den Wasserdampf-Kohle-Vergaser zusammenzuführen und dann gemeinsam nahezu bis auf die Vergasungstemperatur der Kohle vorzuwärmen. Wenn man die Anlagen nach den Ansprüchen 2 und 3 kombiniert, kann man ein Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis auch kleiner als 2,9 erreichen.
Die im 4. Anspruch vorgeschlagene Regelung mißt das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd am Produktgasaustritt. Wenn dort zu wenig Kohlenmonoxyd enthalten ist, wird entsprechend mehr Kohlendioxyd eingespeist. Da die Produktgase vom Vergaser bis zum Produktgasaustritt nur ein bis zwei Minuten in der Anlage verweilen, erscheint die vorgeschlagene Regelung mit genügender Genauigkeit realisierbar.
Die Figur zeigt in stark schematisierter Form ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Hochtemperaturreaktor 1 gibt die nukleare Wärme in einem geschlossenen Helium-Primärkreis 2 über einen Wärmetauscher 3 an einen ebenfalls geschlossenen Helium-
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Sekundärkreis 4 ab, der nacheinander einen Wasserdampf-Kohle-Vergaser 5, einen Wasserdampf-Überhitzer 6, einen Methan-Röhrenspaltofen 7, einen Vorüberhitzer 8, einen Dampferzeuger 9 und ein Gebläse 10 durchläuft. Das Gebläse 11 fördert das Helium des Primärkreises 2 durch Reaktor 1 und Wärmetauscher 3. Die eingesetzte Kohle wird in dem Entgaser 12 mit Wasserdampf von ca. 750 C vorbehandelt, wobei sich eine Entgasungstemperatur von ca. 480 C einstellt. Der dazu notwendige Dampf wird von einem Abhitzekessel 13 erzeugt, der mit dem aus dem Vergaser 5 austretenden Produkt beheizt wird. Die entgaste Kohle wird dem Wasserdampf-Kohle-Vergaser 5 zugeführt und die dort entstehende Asche mit geringen Restkoksanteilen abgezogen. Die Vergasung läuft in diesem Beispiel bei 795 C und 40 bar ab. Das aus dem Entgaser 12 mit ca. 480 °C austretende Produkt wird bei 14 gereinigt und bei 15 gekühlt und von Teer und Öl befreit. Es mischt sich dann mit dem aus dem Vergaser 5 austretenden Produkt, das bei 16 entstaubt und bei 13 und 17 gekühlt wird. Das aus dem Methanspaltofen 7 austretende Produkt wird zwischen 13 und 17 eingespeist und ebenfalls bei 17 gekühlt. Die in den Gaskühlern 15 und 17 abgeführte Wärme wird für Speisewasservorwärmung und die Gewinnung von Niederdruckdampf für die Gaswäschen genutzt. Das Gesamtprodukt wird in einer Waschanlage 18 vom Kohlendioxyd und Schwefelwasserstoff befreit und in einer Tieftemperatur-Gaszerlegung 19 vom Methan befreit, das anschließend mit dem Gebläse 20 unter Zusatz von Wasserdampf und Kohlendioxyd bei 21 gemischt und in den Methan-Spaltofen 7 eingespeist wird. Z. B. beträgt die Spaltgaseintrittstemperatur in den Methan-Spaltofen 500 °C und die Spaltendtemperatur 720 °C, der Druck 40 bar. Die hier zweckmäßige Vorwärmung der eintretenden Gase wird im Röhrenspaltofen mit dem austretenden Produkt vorgenommen. Das in der Waschanlage 18 abge-
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schiedene Kohlendioxyd wird mit dem Gebläse 22 einerseits zum Mischer 21 und andererseits zum Mischer 22 gefördert, von wo es mit Wasserdampf gemischt und bei 8 und 6 überhitzt in den Vergaser 5 strömt. Der im Dampferzeuger 9 produzierte Hochdruckdampf wird in bekannter Weise zunächst in einer Turbine entspannt und zur Stromerzeugung im Generator 25 nutzbar und zum Teil weiter entspannt und einem Kondensator 26 zugeführt und zum Teil als Prozeßdampf den Mischern 21 und 23 zugeführt. In dem Mischer 21 wird zweckmäßigerweise ein konstantes Verhältnis von zwei Teilen Kohlendioxyd und zwei Teilen Wasserdampf auf ein Teil Methan eingestellt. In dem Mischer 23 wird außerdem soviel Kohlendioxyd eingespeist, daß das am Produktausgang mit dem Meßgerät 27 gemessene Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis in gewünschten Grenzen eingehalten wird. Die als Beispiel angegebenen Temperaturen in Vergaser und Methanspaltofen gehen von einer weitestgehenden Ausnutzung der Heliumwärme für den Vergasungsprozeß aus. Es ist ohne weiteres möglich, bei höheren Temperaturen zu vergasen und zu spalten unter Inkaufnahme einer kleineren Gas- und höheren Stromerzeugung.
+) gemacht
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Claims (4)

GHT 24.392.4 Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH Produktion von _S^n_the_se^as_ajus^ -KoJvIe
1. Anlage zur Produktion von Synthesegas mittels nuklearer Wärme; am Ausgang dieser Anlage wird ein großer Teil des Kohlendioxyds aus dem Produktgas abgeschieden; diese Anlage hat folgende Merkmale:
a) Das abgeschiedene Kohlendioxyd wird durch Wärmezufuhr in der Anlage mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd umgesetzt.
2. Anlage nach Anspruch 1 mit einem Methan-Spaltofen, in dem Methan mit Wasserdampf zu Wasserstoff, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd gespalten wird, mit folgendem Merkmal:
Go/Fe 30.01.1978
909832/0293 original inspected
23Ü4S33
- 2 - 24.392.4
a) Das abgeschiedene Kohlendioxyd wird mit Γ Tethan und Wasserdampf in den Mothan-Spaltofen (7) eingespeist.
3. Anlage nach Anspruch 1, mit einem Wasserdampf-Kohlevergaser und mit folgendem Merkmal:
a) Das abgeschiedene Kohlendioxyd wird mit Wasserdampf
in den Wasserdampf-Kohlevergaser (5) eingespeist. 10
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, mit folgendem Merkmal:
a) Der Anteil des eingespeisten Kohlendioxyds wird von dem Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis im Produktgas geregelt.
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