DE3127271A1

DE3127271A1 - "verfahren zur vergasung von festbrennstoffen und zur gewinnung kohlenstoffreicher teilchen"

Info

Publication number: DE3127271A1
Application number: DE19813127271
Authority: DE
Inventors: Roger Jean 12590 Wappingers Falls N.Y. Corbeels; Charles George 12601 Poughkeepsie N.Y. Sengenberger
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1980-08-18
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2488527A1; JPS5738316A; ZA812612B; AU7000381A; IN154595B; BR8103921A; JPS616006B2; AU541330B2; CA1167574A

Description

Müller, Schupfner & Gauger Karlstraße 5

Patentanwälte 2110 Buchholz/Nordh.

08. OuIi 1981

T-013 81 DE S/KB D 77,188-F (RK)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

WESTCHESTER AVENUE
WHITE PLAINS, N₀ Y. 10650

U₀ S. A,

Verfahren zur Vergasung von Fe^tbrennstoffen und zur Gewinnung kohlenstoffreicher Teilchen

Müller, Schupfner & Gauger Texaco De ve lopinerft ' («srpl

Patentanwälte T-013 81 DE S/KB

7 D 77,188-F (RK)

Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoffen und zur Gewinnung kohlenstoffreicher Teilchen

Die Erfindung bezieht sich auf die Trennung anorganischer Stoffe von kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere die Trennung aschereicher Teilchen von kohlenstoffreichen Teilchen» die bei der Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffs erzeugt wurden.

Normalerweise wird bei der Vergasung von Festbrennstoffen wie Kohle oder Koks der Brennstoff einer Partialoxidation mit einem Oxidationsmittel wie Luft, sauer stoffangreicherter Luft oder im wesentlichen reinem Sauerstoff (95 %+) in einer Vergasungszone unterworfen, wobei ein Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Gas erzeugt wird, das üblicherweise auch geringe Mengen von CO-, ChL, H_S und COS sowie etwa in dem sauerstoffhaltigen Gas anwesenden Stickstoff enthält. Da in die Vergasungszone im allgemeinen nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffs im Festbrennstoff eingeführt wird, durchläuft ein Teil des Festbrennstoffs die Vergasungszone, ohne in Kohlenoxid umgesetzt zu werden. Wenn flüssiger Kohlenwasserstoff einer Partialoxidation unterworfen wird, erscheint der nichtumgesetzte Kohlenstoff im Produktgas in

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Form feiner Rußteilchen, wogegen bei der Partialoxidation von Festbrennstoff der nichtumgesetzte Kohlenstoff in Form feiner Festbrennstoffte lichen auftritt» Außerdem sind je nach der Art des Festbrennstoffeinsatzes in dem aus der Partialoxidation resultierenden Produktgas auch Ascheteilchen in unterschiedlichen Mengen enthalten.

Wenn das direkte Quenchverfahren angewandt wird, wird zum Kühlen der die Vergasungszone mit einer Temperatur yon üblicherweise mehr als ca, 982 ⁰C verlassenden heißen Produkte und zum Abscheiden von darin mitgeführten Ascheteilchen und nichtumgesetztem Festbrennstoff das Heißgas in ein Quenchmedium, bevorzugt Wasser, in einer Quenchzone geleitet, so daß das Gas abgekühlt wird und die mitgeführten Feststoffteilchen in das Quenchmedium überführt werden. Die größeren Asche- oder Schlacketeilchen, die kohlenstoffarm sind, setzen sich am Boden der Quenchzone ab und werden daraus abgeführt, aber die feineren Teilchen bilden aufgrund der Bewegung in der Quenchzone eine Suspension in dem Quenchmedium. Zur Regelung der Feststoff konzentration im Quenchmedium wird kontinuierlich oder periodisch ein Teil des Quenchmediums abgezogen und durch frisches Quenchmedium ersetzt« Der abgezogene Teil wird einem Schwereabscheider zugeführt, in dem sich die Feststoffteilchen absetzen können= Aus ökologischen und Wirtschaft« lichkeitserwägungen ist es erwünscht, das Quenchwasser

und den nichtumgesetzten Festbrennstoff wiederzuverwenden, während die Asche aus dem System entfernt werden kann.

Das Gemisch aus Feststoffen und Quenchmedium kann auch dadurch entstehen, daß das Synthesegas, d. h. das Partialoxidations-Produktgas, das mitgeführte Feststoffteilchen enthält, abwärts geführt und dann seine Strömungsrichtung abrupt geändert wird, wobei es vorteilhafterweise einer Wärmerü^kgewinnungseinheit zugeführt wird, während die mitgerissenen Feststoffteilchen weiter abwärts in ein ruhendes Quenchmedium strömen, in dem der größte Teil der Feststoffe sehr schnell absitzt, so daß nur eine geringe Menge feiner Teilchen in Suspension verbleibt, die zu 100 % Mineralstoffe sind.

Wenn, wie erwähnt, der Einsatz zur Vergasungszone ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist, tritt der nichtumgesetzte Kohlenstoff in Form feinster Rußteilchen von Mikrogröße auf, wogegen im Fall eines Festbrennstoffeinsatzes zur Vergasungszone der nichtumgesetzte Kohlenstoff in Form von Festbrennstoff-Einzelteilchen auftritt. Der bei der Vergasung eines flüssigen Kohlenwasserstoffs entstehende Ruß kann aus der Suspension im Quenchwasser durch Beimischung zu einem flüssigen Kohlenwasserstoff rückgewonnen werden (vgl. z. B. die US-PS'en 2 992 906 und 3 917 569). Leider haben die nichtumgesetzten Festbrennstoffteilchen

nicht die Flüssigkohlenwasserstoffäffinität wie die durch Partialoxidation eines Flüssigbrennstoffs erzeugten Rußteilchen, und das für die llußrückgewinnung angewandte Abscheideverfahren eignet sich nicht für die Rückgewinnung nichtumgesetzter Festbrennstoffteilchen aus dem Quenchwasser„

Wie bereits gesagt, kann es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erwünscht sein, das Wasser und den nichtumgesetzten Kohlenstoff im Kreislauf zur Vergasungszone rückzuführen, wogegen es meistens unerwünscht ist, die Asche im Kreislauf rückzuführen. Da jedoch die Zusammensetzung der Teilchen in einem Bereich zwischen im wesentlichen 10Ü % Asche und derjenigen des ursprünglichen Einsatzes liegt,, ist es erwünscht, die aschereichen Teilchen von den kohlenstoffreichen Teilchen zu trennen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Asche von nichtumgesetztem Festbrennstoff zu trennen, wobei gleichzeitig eine hohe Umsetzung des im Festbrennstoffeinsatz enthaltenen Kohlenstoffs in Gase erzielt und die Menge der zu beseitigenden Abfallstoffe minimiert werden soll«

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Gewinnung kohlenstoffreicher Teilchen aus einem durch Partialoxidation eines kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffs erzeugten Teilchengemisch, wobei die Teilchen vermählen und dadurch zerkleinert werden und das Mahlgut anschließend einer Schaum-Schwimm- bzw. Flotationsaufbereitung unterworfen wird, um eine kohlenstoffreiche Teilchen enthaltende Schwimmfraktion zu er- · zeugen. In bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß Teilchen mit einer Korngröße von mehr als 0,84- mm aus der Suspension entfernt, die verbleibenden Teilchen vermählen und dann einer Flotation unterworfen werden.

Bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen, die aschebildende Bestandteile wie Kohle, subbituminöse Kohle, Braunkohle, Petrolkoks, organische Abfallstoffe u. dgl. enthalten, wird der feinzerteilte Festbrennstoff, dessen Teilchen zu einer Korngröße vermählen sind, daß sie einen Maximalquerschnitt von höchstens ca. 6,3 mm haben, und die bevorzugt so fein vermählen sind, daß mindestens 95 % durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,41 mm gehen, wobei insbesondere 100 % durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 mm gehen, in eine frei durchströmbare füllkörperfreie feuerfest ausgekleidete Vergasungszone eingeleitet, in der der Festbrennstoff mit Wasserdampf und Sauerstoff umgesetzt wird.

Der Sauerstoff kann dabei in Form von Luft, sauerstoffreicher Luft oder im wesentlichen reinem Sauerstoff vorliegen. Der feinzerteilte Brennstoff kann in die Vergasungszone als Aufschlämmung in Wasser oder öl oder als Suspension in einem gas- oder dampfförmigen Medium wie Wasserdampf, Cü_? und Gemischen derselben eingeleitet werden. In der Vergasungszone wird der Festbrennstoff einer Partialoxidation bei einer Temperatur zwischen ca. 982 ⁰C und 1926 ⁰C, bevorzugt zwischen 1093 ⁰C und 1426 ⁰C₅ unterworfen. Der Druck in der Vergasungszone liegt dabei in einem Bereich zwischen etwa Atmosphärendruck und ?.O8 bar oder mehr, bevorzugt zwischen 3,73 und 174 bar = Der Sauerstoff kann in die Vergasungszone mit einem Sauerstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis von zwischen ca. 0,7 und 1,1, bevorzugt zwischen 0,8 und 1,0, eingeführt werden. Wenn der Festbrennstoff in Form einer Aufschlämmung in Wasser in die Vergasungszone eingeleitet wird, enthält die Aufschlämmung vorteilhafterweise weniger als 50 Gew.-% Wasser, da ein höherer Wassergehalt den Wärmewirkungsgrad der Reaktion nachteilig beeinflußt. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Wasser-Brennstoff-Gewichtsverhältnis zwischen 0,3 und 1, bevorzugt zwischen 0,^ und 0,9 verwendet wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das heiße Produktgas, das mitgeführte Ascheteilchen und nichtumgesetzte Festbrennstoff teilchen enthält, abwärts durch einen unteren

Auslaß des Vergasungsraums in einen Wasser enthaltenden Quenchraum geführt. Die Heißgase treten durch eine Verteilungseinheit, z. B. ein Tauchrohr mit gezahnter Unterkante, unter der Quenchwasseroberflache aus und werden dadurch abgekühlt. Dabei werden die mitgeführten Teilchen von dem Wasser benetzt, und die größeren Teilchen, die normalerweise aschereiche Agglomerate sind, sinken zum Grund des Quenchraums, während die übrigen Teilchen in dem Quenchwasser in Suspension gehen. Zur Entnahme der dichteren Feststoffteilchen, die aschereich sind und trotz der durch die Einleitung des Produktgases unter der Wasseroberfläche erzeugten Bewegung nicht in Suspension in dem Quenchwasser verbleiben, ist an der Unterseite des Quenchraums ein Auslaß zur Entnahme dieser größeren und dichteren Teilchen vorgesehen. Bevorzugt werden diese Teilchen periodisch mittels eines Schleusentrichters entnommen, der an den unteren Auslaß des Quenchraums angeschlossen ist, so daß während der Entnahme kein Druckverlust entsteht. Die übrigen Ascheteilchen und nichtumgesetzten Brennstoffteilchen bleiben in dem Quenchmedium in Suspension, wobei ein Teil der Suspension entweder periodisch oder kontinuierlich entnommen und einer Absitzzone zugeführt wird, in deren unterem Teil ein Gemisch aus kohlenstoffreichen Teilchen und aschereichen Teilchen gebildet wird.

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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel treffen die mitgeführten Teilchen auf die Überfläche eines ruhigen Quenchmediums auf_s wobei der größere Anteil der Teilchen absitzt und eine Suspension sehr kleiner Teilchen verbleibt, die im wesentlichen zu 100 % Hineralstoffe sind»

Zur Rückgewinnung des kohlenstoffhaltigen oder verkohlten Materials aus dem Gemisch abgelagerter Teilchen wird das Gemisch zuerst so aufbereitet, daß größere als ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84· mm passierende Teilchen,, die zum größten Teil reine Schlacketeilchen sind, Zo B₀ mit einem Sieb oder einem Spiralkiassierer abgetrennt werden, so daß ein Gemisch aus Teilchen entsteht, die sämtlich ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84· mm passieren können. Diese Teilchen werden einem Mahlvorgang unterworfen, wodurch sie zerkleinert werden» Bevorzugt werden die Teilchen zu einer Korngröße vermählen, daß sie ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,25 mm passieren, insbesondere zu einer solchen Korngröße,' daß sie ein Sieb mit einer lichten Haschenweite von weniger als 0,14-9 mm passieren= Dabei sind alle geeigneten Vorrichtungen zum Brechen, Scherzerkleinern oder Zerreiben der Teilchen einsetzbar, z. B „ Kugelmühlen, Rollmühlen oder Vorrichtungen zum Hochgeschwindigkeits-Rühren oder -Mischen, so daß die Teilchen durch den Kontakt miteinander einem Zerkleinerungsvorgang unterworfen werden.

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Die Trennung des kohlenstoffhaltigen Materials von der Schlacke erfolgt durch Flotation unter Zugabe eines Schäumers und Aufwärtsströmen von Luftblasen durch eine Suspension der Teilchen. Der Schäumer bzw. das Flotationsmittel hat die Funktion, einen Schaum mit geeigneter Stabilität zu bilden. Dabei sind verschiedene Schäumer einsetzbar, z. B. 5-8 Kohlenstoffatome aufweisende aliphatische Alkohole, Kresylsäuren , Kienöle, hydroxylierte Polyether wie Polypropylenglykole, Methoxytripropylenglykol und alkoxy-substituierte Paraffine wie Triethoxybutan und Gemische derselben. Die Flotation ist dem Fachmann bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden.

Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung

Das bei diesem Beispiel eingesetzte Ausgangsmaterial war eine Suspension feinzerteilter Feststoffteilchen in Wasser, die durch Quenchen eines Synthesegasstroms gebildet wurde, der durch die Partialoxidation feinverteilter Kohle erzeugt wurde, die so vermählen war, daß 50 % ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,04-3 mm passierten. Die Suspension enthielt ca. 15 Gew.-% Feststoffe, wovon 4-1,63 Gew.-% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84· mm nicht passieren konnten, 24·, 94· Gew.-% eine Korngröße für Siebe mit einer lichten Maschenweite zwischen

0,84- und 0,25 mm hatten und 33,4-3 Gew„-% ein Sieb mit einer lichten Maschenvveite von weniger als 0,25 mm passieren konnten. Eine Probe der Suspension wurde unter Verwendung eines Siebs mit einer lichten Maschenweite von 0,8*4- mm ausgesiebt, und ein Teil der Suspension, die die entsprechend kleineren Teilchen enthielt und der 0,25 VoL-S Methylisobutylkarbinol zugesetzt wurde, wurde in einer Labor-Flotationsvorrichtung (Modell D-I der Denver Equipment Company) aufbereitet. Nach Vermischen während einiger Sekunden wurde Luft durch den Propeller in die Testzelle geblasen. Es bildete sich ein Schaum, der über den Rand der Zelle in ein Auffanggefäß floß« Der Schaum enthielt anfangs eine große Anzahl Teilchen und wurde dann sehr schnell frei von Teilchen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I unter Testlauf 1 angegeben»

Zwei gesonderte Proben der ausgesiebten Suspension wurden in einem Hochdrehzahl-Küchenmixgerät gerührt, und zwar die eine Probe für 10 s und die andere für 1 min. Dann wurden die Proben der gleichen Flotation wie in dem Testlauf 1 unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I als Testlauf 2 bzw. 3 angegeben, wobei bei dem Testlauf 2 die Suspension sich während 10 s.im Mixgerät befand und bei dem Testlauf 3 die Suspension sich während 1 min im Mixgerät befand.

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Üie in der Tabelle I aufgeführten Testläufe 4 und 5 sind im wesentlichen identisch. In jedem dieser Testläufe wurde eine Probe der ausgesiebten Suspension nach Vermählen in einer Kugelmühle, bis sämtliche Teilchen ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von weniger als 0,15 mm passieren konnten, der gleichen Flotationsbehandlung wie die Testläufe 1, 2 und 3 unterworfen.

TABELLE

	Schwimmfraktion	Restfraktion	% Kohlenstoffrück
Lauf	% Asche	% Asche	gewinnung in Aufschwemmung
1	^3,5	62,3	58,4
2	45,0	73,7	85,0
3	35,6	89,4	93,9
4	30,4	100,0	100,0
5	28,0	96,8	97,3

Diese Ergebnisse zeigen deutlich die günstige Auswirkung der Zerkleinerung der Suspensionsteilchen vor der Flotation, und zwar sowohl hinsichtlich der Kohlenstoffrückgewinnung als auch der Kohlenstoffgute.

Das angegebene Verfahren ist nicht nur im konventionellen Betrieb eines Kohlevergasers anwendbar, sondern es ermöglicht

auch den Einsatz geringerer Sauer stoff durchsetze, ohne daß dadurch Verluste in der Gesamtumsetzuny auftreten» Bei verringerter Sauerstoffzufuhr wird der Vergaser mit niedrigeren Temperaturen betrieben, was für die feuerfeste Auskleidung weniger schädlich ist, wobei aber durch die Kreislauf rückführung der nichtumgesetzten Kohlenstoffe kein Verlust hinsichtlich der Gesamtumsetzung eintritt. Ferner eignet sich das Verfahren zur Verringerung der Aschekonzentration in dem im Kreislauf rückgeführten Material.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoffen und Gewinnung kohlenstoffreicher Teilchen durch Partialoxidation feinzerteilter Feststoffe, vorzugsweise so fein zermahlen, daß mindestens 95 % durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,41 mm gehen, Abtrennung eines Gemisches von Feststoffteilchen aus dem erhaltenen Synthesegas und Aufnahme in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten, in Suspension befindlichen Feststoffteilchen vermählen und sodann durch Flotationsbehandlung im Schaum-Schwimmverfahren aufgetrennt und die kohlenstoffreichen Teilchen als Aufschwemmung erhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Vermählen die Teilchen mit einer Größe größer als 0,48 mm aus der Suspension entfernt werden.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen zu einer Größe kleiner als 0,25 mm, vorzugsweise kleiner als 0,149 mm vermählen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Kohlenstoffteilchen in den Synthesegasreaktor zurückgeführt werden.