DE2843997A1

DE2843997A1 - Verfahren zur herstellung von spaltgas in einem metallbad

Info

Publication number: DE2843997A1
Application number: DE19782843997
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Dr Paschen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1980-04-10
Also published as: BR7906464A; AU5161879A; ZA795310B; BE879292A; JPS5552384A

Description

Verfahren zur Herstellung von Spaltgas in einem Metallbad
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spaltgas aus Brennstoffen und Vergasungsmedien in einem schmelzflüssigen Metallbad, wobei das Metallbad ein Metall enthält, welches eine Affinität zu Schwefel aufweist und bevorzugt eine Schwefelverbindung eingeht.
Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Herstellung eines Reaktionsgases sind bekannt, beispielsweise durch die DE-OS 26 20 454, Dieser Veröffentlichung ist zu entnehmen, daß als Schmelzbad mit Vorteil auch NE-Metalle wie beispielsweise Kupfer und andere Verwendung finden können. Als Vorteil hierfür wird erwähnt, daß es dadurch ermöglicht werde, anstelle von zwei verschiedenen flüssigen Phasen (Metall und Schlacke) nur mit einer Schmelzphase zu arbeiten.
Dieser Vorteil ergibt sich, wie Versuche ergeben haben, beispielsweise bei Verwendung eines Kupfer enthaltenden Schmelzbades, weil dieses Metall eine hohe Affinität zu Schwefel aufweist und bei Vergasung schwefelhaltiger bis hoch-schwefelhaltiger Kohle Kupfersulfid bildet, wodurch bei den Prozeßtemperaturen zwischen annähernd 1.150 und 1.250 OC die Schmelze eine Aufnahmefähigkeit bis zu ca. 25 Gewichtsprozent Schwefel im Kupfer aufweist.
Gegenüber einem Verfahren zur Gewinnung von schwefelfreiem Spaltgas aus schwefelhaltigen Brennstoffen durch Vergasung mit Hilfe eines Eisen-Schmelzbades gemäß DE-AS 19 55 115 ergibt sich jedoch bei Verwendung von beispielsweise Kupfer im Schmelzbad ein höherer Gehalt an C02 im Produktgas. Denn beim Hindurchleiten von Kohlenstoff und Sauerstoff durch Kupfer verbrennt ein Teil des Kohlenstoffes mit Sauerstoff zu C02, weil das Kupferbad praktisch keine Kohlenstofflöslichkeit besitzt. Gegebenenfalls findet auch ein Durchblasen des Kohlenstoffes durch das Bad statt, so daß unreagierte Kohlenstoff-Partikel in das Abgas ausgetragen werden. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu überwinden.
überraschend wurde nun gefunden, daß die Lösung der Aufgabe damit gelingt, daß das Metallbad mindestens ein weiteres Element enthält, welches eine Affinität zu Kohlenstoff besitzt und sowohl in Lösung mit der Schmelze als auch als Einzelelement eine Kohlenstofflöslichkeit aufweist.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Schmelzbad, dessen Komponenten sowohl eine Affinität zum Schwefel als auch gleichzeitig eine Affinität zu Kohlenstoff aufweisen in der Lage ist, im Entstehen begriffenes Kohlendioxid mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid zu reduzieren, nach der chemischen Formel: C02 + C = 2 CO.
Hierdurch wird die Bildung von Kohlendioxid vorzugsweise im Temperaturbereich oberhalb 1.100 oC unterdrückt, ohne die Aufnahmefähigkeit der Schmelze gegenüber dem Schwefel zu stören.
Als vorteilhaftes Ergebnis der Erfindung wird ein Spaltgas erhalten, welches die Komponenten Kohlenmonoxid und Wasserstoff in annähernd reiner Form enthält sowie relativ geringe Staubgehalte aufweist.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß das Metall und das Element so aufeinander abgestimmt sind, daß diese im Arbeitsbereich ohne Mischungslücke in einer homogenen Mischung löslich sind.
Diese Eigenschaft soll bei einem für die Erzeugung des Spaltgases günstigen Temperaturniveau vorzugsweise nicht an ein definiertes Mischungsverhältnis von Metall und Element gebunden sein.
Deshalb kann bei entsprechend vorteilhaften Paarungen von Metallen und Elementen die Maßnahme getroffen sein, daß das Metallbad einen Anteil von mehr als 50 56 des Elementes enthält.
Weiter kann mit der Erfindung auch die Maßnahme getroffen sein, daß das Metallbad mehrere Elemente in Lösung miteinander enthält.
Auf diese Weise kann durch geeignete Abstimmung des Metallbades und seiner Komponenten eine flexible Steuerung des Gasgewinnungsprozesses vorgenommen werden, wobei die Gaszusammensetzung in gewissen Grenzen durch die Eigenart des Metallbades gesteuert werden kann.
Da im wesentlichen ein thermodynamisches Gleichgewicht mehrerer Komponenten bei den entsprechenden Temperaturen hergestellt werden muß, ist es von Vorteil, daß bei Anwesenheit von Schwefel, Kohlenstoff, Sauerstoff, Metall und mindestens einem Element dieses vorzugsweise in Lösung mit dem Metall sowohl ein Sulfidbildner als auch ein Karbidbildner ist.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht deshalb vor, daß das Metallbad Kupfer enthält, und daß das Element bei der Arbeitstemperatur des Vergasungsprozesses sowohl eine Kohlenstofflöslichkeit aufweist als auch im Kupfer löslich ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß das Metallbad Kupfer und Mangan erhält.
Dabei ergeben sich optimale Bedingungen zur Herstellung eines praktisch schwefelfreien und staubarmen, annähernd reines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Reaktionsgases dadurch, daß das Metallbad annähernd 80 % Kupfer und 20 % Mangan enthält.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Zusammensetzung der Schmelze so zu wählen, daß diese mehr Mangan als Kupfer, nämlich mindestens ca. 51 % Mangan enthält, Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert.
Beispiel Es wurde eine Schmelze mit 80 Gewichts-Prozent Kupfer und 20 Gewichts-ProzentMangan hergestellt. Diese weist eine Liquidus-Temperatur von ca. 925 OC auf. Das Schmelzbad wurde zur Durchführung des Vergasungs-Prozesses aufgeheizt und auf einer Arbeits-Temperatur zwischen 1.100 bis 1.300 OC gehalten. Da bei der Vergasungsreaktion ein gewisser Wärmeu.berschuß entsteht, wurde zum Kühlen Kupferschrott zugesetzt.
Versuchsweise wurde auch eine Korrektur der Schmelzbad-Temperatur durch Einleiten von Wasserdampf durchgeführt. Im Bereich der Arbeitstemperatur wurde unter die Badoberfläche Kohlenstoff und Sauerstoff in stöchiometrischen Mengen eingeleitet. Die Tiefe des Schmelzbades betrug zwischen 0,6 m und 1 m. Zur Überwindung des metallostatischen Druckes des Schmelzbades wurden die Reaktanden mit Drücken zwischen 5 und 12 bar kalt eingeleitet. Der eingeleitete Kohlenstoff besteht aus einer Ruhrgebietssteinkohle mit 79 % Cfix, ca. 12 % flüchtigen Bestandteilen und ca. 8 bis 10 % Asche, als Trägergas wurde Erdgas verwendet. Die Kohle hatte eine Korngröße 100 sC 1 mm.
Die Temperatur des Reaktionsgases entsprach annähernd der Schmelzbadtemperatur und lag um ca. 1.200 OC. Die Analyse des Gases ergab im Durchschnitt 60 bis 70 % Kohlenmonoxid und entsprechend 30 bis 40 / Wasserstoff, der Anteil an C02 lag unter 2 %, der Anteil von Schwefel lag unter 10 ppm, der Staubgehalt bei 10 bis 30 g/Nm3. Während des Vergasungsprozesses bildete sich infolge des Aschegehaltes der Kohle auf dem Schmelzbad eine Schlackeschicht, welche in Abständen von einigen Stunden von der Badoberfläche entfernt wurde. Die Schmelze wurde in periodischen Abständen zur Befreiung vom Schwefelinhalt, wie dies an sich bekannt ist, oxidierend verblasen, wobei Schwefel in die Gasphase überführt wurde.
Während des Vergasungsprozesses stellte sich in der Schmelze ein Kohlenstoffgehalt zwischen 2,0 und 3,8 ein, was durch laufende Entnahme von Proben aus dem Schmelzbad und deren Analyse festgestellt wurde.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das beispielhaft beschriebene Verfahren, vielmehr fallen unter die Erfindung alle dem Fachmann geläufigen Abwandlungen'eines solchen Verfahrensdsofern sie einem der geltenden Patentansprüche genügen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Spaltgas aus Brennstoffen und Vergasungsmedien in einem schmelzflüssigen Metallbad, wobei das Metallbad ein Metall enthält, welches eine Affinität zu Schwefel aufweist und bevorzugt eine Schwefelverbindung eingeht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Metallbad mindestens ein weiteres Element enthält, welches eine Affinität zu Kohlenstoff besitzt und sowohl in Lösung mit der Schmelze als auch als Einzelelement eine Kohlenstofflöslichkeit aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall und das Element im Arbeitsbereich ohne Mischungslücke in einer homogenen Mischung löslich sind.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad einen Anteil von mehr als 50 % des Elementes enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad mehrere Elemente in Lösung enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element sowohl ein Sulfidbildner als auch ein Karbidbildner ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad Kupfer enthält, und daß das Element bei der Arbeitstemperatur des Vergasungsprozesses sowohl eine nennenswerte Kohlenstofflöslichkeit aufweist als auch im Kupfer löslich ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad Kupfer und Mangan enthält.
8. Verfahren nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad annähernd 80 % Kupfer und annähernd 20 % Mangan enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad mindestens 50 % Mangan enthält.