DE2852710A1 - Verfahren zur katalytischen vergasung von kunststoff in form von kohle oder koks - Google Patents

Description

• "Verfahren zur katalytischen Vergasung von
• Kohlenstoff in Form von Kohle und Koks" Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist bekannt, daß Kohlenstoff bei Temperaturen oberhalb von 1100 K in einer endothermen Reaktion mit Wasserdampf in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt werden kann. Die für diese Reaktion benötigte Wärmemenge kann durch Umsetzung eines Teiles des Kohlenstoffes mittels reinem Sauerstoff oder Luftsauerstoff zur Verfügung gestellt werden. Die Erzeugung der erforderlichen Wärmemenge kann kontinuierlich oder zyklisch erfolgen. Es ist auch möglich, die Reaktionswärme indirekt von außen oder innen oder durch Wärmeträger zur Verfügung zu stellen. Die Vergasung des Kohlenstoffs in Form von Kohle oder Koks kann in einem Festbett oder in einem Wirbelschicht-bzw. Flugstromreaktor stattfinden. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß die Vergasungsgeschwindigkeit bei sonst gleichen Verfahrensbedingungen durch eine Erhöhung der Vergasungstemperatur erzielt werden muß. Hieran ist nachteilig. daß der konstruktive Aufwand mit den zu beherrschenden Verfahrenstemperaturen erheblich ansteigt und mit zunehmender Vergasungstemperatur der Wermehaushalt des Vergasungsreaktors erheblich ungünstiger wird. Die Wirtschaftlichkeit solcher Verfahren wird dadurch verringert.
• Aus- Haynes et al., "Catalysis of Coal Gasification at Elevated Pressure" in Coal Gasification, 1973, 179 ff und Willson et al., "Alkali Carbonate and Nickel Catalysis of Coal - Steäm Gasification" in Coal Gasification, 1973, 203ff sind Versuche bekannt geworden, die Kohlevergasung katalytisch unter Druck beispielsweise mit K20, Li20, MgO, Ca(OH)2 BaO, SrO, K2C03, LiCO3 zu unterstützen. Hierbei werden jedoch relativ hohe Mengen an Katalysator, jedenfalls mehr als 2 Gew.-% Katalysator pro Einsatzkohlenstoff, z.T. bis zu 20 Gew.-,O benötigt.
• Aufgabe der vorl-iegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Erhöhung der Vergasungsgeschwindigkeit ohne Erhöhung der Vergasungstemperatur bzw. eine Erniedrigung der Vergasungstemperatur bei gleicher Vergasungsgeschwindigkeit und eine Beeinflussung der Gaszusammensetzung bei dem Vergasungsvorgang mit möglichst niedrigem Katalysatorverbrauch erzielt werden kann.
• Diese Aufgabe wird mit der Maßnahme des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Einsatz der genannten katalytisch wirkenden Verbindungen die Wirtschaftlichkeitder Kohlenstoffvergasung mit Wasserdampf auch im Normaldruckbereich und im Bereich heute technisch üblicher Drücke auch bei Anwendung sehr niedriger Katalysatorkonzentrationen wesentlich verbessert werden kann. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der angewandten Katalysatoren oder Katalysatorgemische ist die Gaszusammensetzung beeinflußbar. So ist es beispielsweise möglich, in einer Stufe und unter Verzicht auf eine nachfolgende Konvertierung des CO/H2-Verhältnis so einzustellen, daß das Gas für eine Methanol synthese verwandt werden kann. Die katalytischen Verbindungen entfalten ihre Wirksamkeit offenbar deswegen besonders gut, weil sie - wie das NH3 -mit dem Wasserdampf selbst in den Vergasungsreaktor geleitet oder - wie bei den beanspruchten Oxiden - in Form einer Lösung vorzugsweise von Verbindungen, die erst beim Erhitzen in die Oxide zuerfallen, in den Vergasungsreaktor in feiner Verteilung eingesprüht werden.
• Die im Anspruch 2 genannten Gewichtsverhältnisse von oxidischem Katalysator zu Einsatzkohlenstoff haben sich bei Untersuchbngen als optimal herausgestellt.
• Mit der Maßnahme des Anspruchs 3 kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, da der oxidische Katalysator zurückgewonnen wird, noch weiter verbessert werden.
• Anspruch 4 gibt eine besondere Maßnahme für die Rückgewinnung eines CaO-Katalysators, da sich beim Einleiten von C02, etwa aus einer C02-Wäsche oder Rauchgas, das lösliche Ca (HC03)2 bildet.
• Die katalytische Wirksamkeit der erwähnten Verbindungen wurde durch die nachfolgend beschriebenen Versuche nachgewiesen.
• Dabei wurde durch eine Koksprobe jeweils gleicher Menge bei einer bestimmten Temperatur eine konstante Menge überhitzten Wasserdampfes gleicher Temperatur geleitet. Das entstandene Gas wurde gemessen und analysiert. Die Vergasungsgeschwindigkeit wurde in Normalliter Gas pro Liter Reaktorinhalt und Minute (Nl/l min.) angegeben.
• Beispiel 1 Unbehandelter Koks wurde bei 1150 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 19,1 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 6,8 Vol.% CO = 37,8 Vol.% H2 = 53,0 " " CH4 = 1,6 N 2 = 0,8 " " Bei spiel 2 Der Koks wurde mit Katalysator I behandelt und bei 1150 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 35,6 Nl/l min, Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 21,5 Vol.% CO = 16,8 Vol.% H2 = 59,9 " " CH4 = 1,1 " Beispiel 3 Der Koks wurde mit Katalysator II behandelt und bei 1150 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 44,3 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 21,4 Vol.% CO = 17,6 Vol.% H2 = 59,0 " " CH4 = 1,3 N 2 = 0,7 " " Beispiel 4 Der Koks wurde mit Katalysator III behandelt und bei 1150 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 47,0 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 15,2 Vol.% CO = 27,3 Vol.% H2 = 56,4 " " CH4 = 0,7 " " N2 = 0,4 " " Beispiel 5 Der unbehandelte Koks wurde bei 1250 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 55,6 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 7,9 Vol.% CO = 37,5 Vol.% H2 = 53,5 " II CH4 = 0,7 " N2 = 4 " " Bei spiel 6 Der Koks wurde mit Katalysator II behandelt und bei 1250 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 93,9 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 26,2 Vol.% CO = 9,8 Vol.% H2 = 63,6 " " CH4 = 0,0 " Beispiel 7 Der Koks wurde mit Katalysator IV behandelt und bei 1250 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 106,1 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 9,6 Vol.% CO = 31,5 Vol.% H2 = 56,8 " " CH4 = 0,0 " N2 = 2,1 " " Beispiel 8 Der Koks wurde mit Katalysator V behandelt und bei 1250 K vergast. Die Vergasungsleistung betrug 111,3 Nl/l min. Die Gaszusammensetzung war: CO2 = 20,2 Vol.% CO = 14,6 Vol.% H2 = 61,4 " " CH4 = 0,0 Dabei bestanden die Katalysatoren I - V aus folgenden Verbindungen: Katalysator I : 0,56 Gew.-X CaO/Einsatzkohlenstoff Katalysator II : 1,54 Gew.-% CaO/Einsatzkohlenstoff Katalysator III: 0,40 Gew.-% K20/Einsatzkohlenstoff Katalysator IV : 1,00 Gew.-% NH3/Wasserdampf Katalysator V : 1,54 Gew.-X CaO + 0,4 % Gew.-% K20/ Einsatzkohlenstoff

Claims (4)

1. "Verfahren zur katalytischen Vergasung von Kohlenstoff in Form von Kohle oder Koks" Patentansprüche: 1. Verfahren zur katalytisciien vergasung von Kohlenstoff in Form von Kohle oder Koks mittels Wasserdampf mit einem Katalysator, z.B. Li20,.K20, CaO, MgO, BaO, SrO, K2CO3, LiCO3 , dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator NH3 oder Oxide der Elemente der ersten oder zweiten Hauptgruppe des periodischen Systems der Elemente oder eine Mischung solcher Stoffe verwendet, wobei das NH3 mit dem Wasserdampf in den Vergasungsreaktor geleitet wird oder der Katalysator in Form einer Lösung der Metalloxide oder vorzugsweise von Verbindungen, die erst beim Erhitzen in die Oxideder ersten oder zweiten Hauptgruppe des periodischen Systems der Elemente zerfallen, in den die zu vergasende Kohle oder den zu vergasenden Koks enthaltenden Vergasungsreaktor in feiner Verteilung eingesprüht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des oxidischen Katalysators etwa 0,05 - 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 - 1,5 Gew.-fl/n des Einsatzkohlenstoffs beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidische Katalysator aus der im Vergasungsreaktor anfallenden Asche mittels Wasser oder einem anderen Lösungsmittel ausgelaugt und rückgewonnen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von CaO als Katalysator beim Ausw'aschen in das Lösungsmittel CO2 eingeleitet wird.