DE3233774A1 - Verfahren und anlage zur vergasung kohlehaltigen materials - Google Patents
Verfahren und anlage zur vergasung kohlehaltigen materialsInfo
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Description
323377 A
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Vergasung
kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H„ bestehenden Gasmischung, welche vorzugsweise einen
Gesamtgehalt an C0~ und H_ von weniger als 12 % besitzt.
Es ist seit langem bekannt, Kohle in Schachtöfen und Retorten zu vergasen und auch eine partielle Vergasung im Zusammenhang
mit dem Verkoken durchzuführen. Der Nachteil der bekannten Verfahren beruht teilweise darauf, daß es unmöglich war, das
Verhältnis zwischen CO und H„ in dem. hergestellten Gas zu
regeln, wobei der schwerwiegendste Nachteil darin zu sehen ist, daß das Gas noch eine Anzahl von unerwünschten Substanzen
wie beispielsweise Kohlenwasserstoff, Alkohole, Phenole und Teer enthielt. Letzterer wird hauptsächlich dadurch erhalten,
daß die Vergasung bei niedriger Temperatur, d. h. bei Temperaturen unter 1Q00 C, und unter reduzierenden Bedingungen stattfindet
. ■
Um diese Nachteile auszuschalten, wurden andere Verfahren entwickelt,
bei denen die Vergasung unter hohen Temperaturen und oxidierenden Bedingungen erfolgt, wie beispielsweise das
Koppers-Totzek-Verfahren. Dieses Verfahren hat jedoch den
Nachteil, daß infolge des thermodynamisehen Gleichgewichts
der H-O-Gehalt relativ hoch wird, was bedeutet, daß, um es
beispielsweise zur Reduktion von Eisenerz verwenden zu können, das hier das auf diese Weise hergestellte Gas zuerst gekühlt,
gewaschen und dann erneut erhitzt werden muß. Außerdem sind
die Chancen einer Beeinflussung des Verhältnisses zwischen
die Vergasungsanlage verlassendem CO und H„ bei diesem Verfahren
äußerst gering.
Überraschenderweise wurde nunmehr festgestellt, daß es möglich
ist, die Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren
durch ein Verfahren zu beheben, welches erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß kohlenhaltiges
Material in stückiger Form durch eine Schleusenanordnung von oben her in einen Reaktor, vorzugsweise einen Schachtofen, bis
zu einem vorgegebenen Füllstand eingebracht wird, daß das erzeugte Gas aus dem Schacht in einer Höhe unter der Oberfläche
des kohlehaltigen Materials abgezogen wird und daß Oxidationsmittel und/oder Wärmeenergie zugeführt wird, und zwar oberhalb
der Oberfläche des kohlehaltigen Materials und in einer geringeren Höhe des Schachtes, unter der Höhe des Gasauslasses.
Erfindungsgemäß erfolgt die Vergasung bei hoher Temperatur
und unter oxidierenden Bedingungen, und gleichzeitig passiert das anfänglich hergestellte Gas ein heißes Koksbett oder ein
Bett aus koksartigem Material, woraufhin sein H2O-Gehalt mit
Kohlenstoff reagiert und Έ. und CO bildet. Außerdem erlaubt
das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung des C0/H2~Verhältnisses,
da über Plasmabrenner Wärmeenergie zugeführt werden kann, so daß das Verhältnis zwischen H3O, CO2 und O2 im
oxidierenden Gas innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung sowie die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene Anlage sind in den
Ansprüchen niedergelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert;
es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Anlage im Längsschnitt; und
Fig. 2 eine in Bezug auf das Unterteil des Reaktors abgewandelte Ausführung der Anlage gemäß Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage und die Abwandlung gemäß w Fig. 2 bestehen aus einem Schachtofen 1, der am Boden mit Rohrleitungen
2 und Plasmabrennern 3 versehen ist, welche vorzugsweise symmetrisch rund um den Schachtofen 1 angeordnet sind.
Diese Rohrleitungen sind mit Speiseeinrichtungen für ein Oxidiermittel wie beispielsweise Sauerstoff, H„0 oder C0„ und
möglicherweise pulverigeres kohlehaltiges Material versehen. Oberhalb dieser Rohrleitungen ist der Schachtofen 1 mit einer
kreisringförmigen Trommel 4 mit einem Gasauslaß 5 für den Abzug von im Schachtofen erzeugtem Gas versehen. Der Schachtofen 1
besitzt oben eine gasdichte Schleuse 6 für die Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form sowie eine Rohrleitung für
den Anschluß eines Plasmabrenners 7 und Zufuhrlanzen 8, 9 für
ein Oxidationsmittel. Zufuhreinrichtungen 11, 12 für die eventuell erforderliche Zufuhr eines besonderen Oxidationsmittels
münden in den Schacht in einer Höhe zwischen der Oberfläche 10 des festen Materials im Schacht 1 und der kreisringförmigen
Trommel 4. Um das Verfahren mit flüssiger Schlacke oder fester Asche durchführen zu können, ist das Unterteil
des Schachtofens 1 entweder mit einem Abzugskanal 13 (Fig. 1) für Schlacke oder einem sich drehenden Ausgabetisch 14 (Fig. 2)
versehen. Die dargestellte Anlage arbeitet folgendermaßen:
Um die erwünschte Vergasung durchzuführen, wird das kohlehaltige
Material in stückiger Form eventuell zusammen mit einem Schwefelbinder wie beispielsweise Dolomit durch die
Schleuse 6 in den Schachtofen 1 bis zu einer vorgegebenen Höhe eingebracht. Wärmeenergie wird durch einen oder mehrere
Plasmabrenner 3 bzw. 7 zugeführt und gleichzeitig wird Oxidationsmittel wie beispielsweise O2, CO2 oder H2O über Zufuhreinrichtungen
2 bzw. 8 bzw. 9 zugeführt. Das kohlehaltige Material in stückiger Form , welches aus Kohle, Koks, Lignit,
künstlicher Kohle oder teilweise verkohltem Holz usw. bestehen kann, wird infolgedessen unter oxidierenden Bedingungen einer
hohen Temperatur unterworfen, woraufhin die flüchtigen Bestandteile frei werden und mit dem Oxidationsmittel reagieren, wobei
sie hauptsächlich CQ und H„ erzeugen, während der nichtflüchtige
Teil verkokt wird und ein festes koksartiges Produkt in stückiger Form bildet. Wichtig ist, daß ein Überschuß an
Oxidationsmittel zugesetzt wird, um die Bildung von Ruß zu verhindern. Oxidationsmittel, welches mit den flüchtigen Bestandteilen
des kohlehaltigen Materials nicht reagiert hat, kann weiter unten im Schachtofen 1 mit dem erzeugten Koks
reagieren und zusätzlich CO und möglicherweise H~0 bilden. Die im oberen Teil des Schachtofens über der Höhe der kreisringförmigen
Trommel gebildeten Produkte sind daher Produkte, welche dem Koks ähneln, der seinen Weg durch den Schachtofen
nach unten fortsetzt, sowie ein gasförmiges Produkt, welches hauptsächlich aus CO und H besteht und den Schachtofen 1 durch
die Ringtrommel 4 verläßt. Die Temperatur an der Oberfläche des körnigen Materials im Schachtofen kann etwa 2000 C erreichen,
während das den Schachtofen durch die Ringtrommel 4
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verlassende Gas eine Maximaltemperatur von 1500 C besitzt. Es
ist auch möglich, die erforderliche Wärmeenergie durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials mit Sauerstoff
zuzuführen, statt einen Plasmabrenner zu verwenden. Eine Anzahl von Rohrleitungen 2 sind rund um das Unterteil des Schachtofens
1 angeordnet, welche entweder mit Plasmabrennern oder mit Zuführeinrichtungen für Sauerstoff sowie mit Zuführeinrichtungen
für ein Oxidationsmittel und eventuell pulverigem kohlehaltigen Material bestückt sind. In dieser Höhe wird sowohl
das nach unten durch den Schacht fallende koksartige Material sowie jegliches pulverförmige kohlehaltige Material,
welches eingeblasen wurde, vollständig vergast.~ Alles C0„ und
H„0, welches die Reaktionszone kurz vor der Rohrleitung verläßt,
kann weiter oben im Schacht mit dem klumpigen Material auf'
seinem Weg nach unten reagieren und dabei hauptsächlich CO und H erzeugen. Das hauptsächlich aus CO und H, bestehende
Gas kann den Schachtofen durch die Ringtrommel 4 verlassen.
Es kann ratsam sein, Schlackenbildner in dieser Höhe durch die Materiallanzen 2 zuzuführen und die Viskosität und den
Schmelzpunkt der Schlacke und/oder Schwefel-Absorptionsmittel, welche Ca und/oder Mg enthalten wie beispielsweise Dolomitpulver,
zu regeln. Es ist auch möglich, die Wärmezufuhr über Plasmabrenner in dieser Höhe durch teilweise Verbrennung des
kohlehaltigen Materials mittels Sauerstoff zu ersetzen.
Falls eine flüssige Schlacke gewünscht wird, so müßte die Temperatur in der Reaktionszone vor den Rohrleitungen 2 im
unteren Teil des Schachtofens auf über 1600 0C gehalten
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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werden. Wenn die Anlage mit fester Asche betrieben wird, so müßte diese Temperatur unter 1400 C gehalten werden.
Das vorbeschriebene Verfahren zur Vergasung von kohlehaltigem
Material bietet beträchtliche Möglichkeiten einer Regelung des H9/C0-Verhältnisses im erzeugten Gas, und zwar teilweise,
da das Verhältnis von CO/H 0 im Oxidationsmittel reguliert werden kann, und teilweise durch Aufteilung der Wärmezufuhr
zwischen teilweiser Verbrennung und durch Plasmabrenner.
Leerseite
Claims (1)
- Andrejewski, Honke & PartnerPatentanwälteDiplom-PhysikerDr. Walter AndrejewskiDiplom-IngenieurDr.-Ing. Manfred HonkeDiplom-PhysikerDr. Karl Gerhard MaschAn walhakte:59 356/je-4300 Essen 1, Theoterplatz 3, Postf, 1002549. September 1982Patentanmeldung SKF Steel Engineering ABP. 0. Box 202Schweden - 813 00 HOFORSVerfahren und Anlage zur Vergasung kohlehaltigen MaterialsPatentansprüche:1. Verfahren zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung, dadurch gekenn ζ eichnet, daß kohlehaltiges Material in stückiger Form durch eine Schleuse in einen Reaktor, vorzugsweise einen Schachtofen, von oben her bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingegeben wird, daß das erzeugte Gas vom SchachtofenAndrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essenin einer Höhe unter der Oberfläche des kohlehaltigen Materials abgezogen wird und daß Oxidationsmittel oder Wärmeenergie zugeführt werden, und zwar über der Oberfläche des kohlehaltigen
Materials und in geringer Höhe des Schachtofens unter der Höhe des Gasauslasses.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erzeugte Gas aus dem Schachtofen in einer Höhe von mehr als50 cm unter der Höhe, bis zu welcher das kohlehaltige Material eingefüllt ist, abgezogen wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Oxidationsmittel und/oder Wärmeenergie dem Schachtofen in einer Höhe annähernd 100 cm unter der Höhe, in welcher das Gas abgezogen wird, zugeführt wird.4. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß als
Oxidationsmittel H0O, CO9 und/oder sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch ein Gas zugeführt wird,
welches durch einen Plasmabrenner hindurchgeschickt wird.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials zugeführt wird.7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel der OberflächeAndrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essendes kohlehaltigen Materials in einer derartigen Menge zugeführt wird, daß es zumindest einer teilweisen Oxidation der flüchtigen Bestandteile des kohlehaltigen Materials entspricht.8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen von HO, sauerstoffhaltigem Gas und/oder CO3 in dem oxidierenden Gas derart gesteuert werden, daß das erwünschte H„/CO-Verhältnis in dem erzeugten Gas erreicht wird.9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges kohlehaltiges ■ Material zusammen mit dem Oxidationsmittel und der Wärmeenergie in dieser geringeren Höhe in den Schachtofen injiziert wird.10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß stückiges Material, welches Ca und/oder Mg enthält, zusammen mit dem stückigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird.11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ca und/oder Mg enthaltendes pulverförmiges Material zusammen mit dem pulverförmigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird.12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material eine flüssige Schlacke bildet, welche am Boden des Schachtofens abgezogen wird.Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem kohlehaltigen Material Schlackenbildner zugesetzt wird, um den Schmelzpunkt und die Viskosität der Schlacke zu steuern.14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem kohlehaltigen Material ein Schlackenbildner zugesetzt wird, um die Zusammensetzung der Schlacke derart zu steuern, daß ein geeignetes Rohprodukt für die Herstellung von Zement erhalten wird.15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke granuliert wird und schnell mit Wasser abgekühlt wird, während sie abgezapft wird.16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material in fester Phase bleibt und als festes Nebenprodukt im unteren Teil des Schachtofens abgegeben wird.17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlehaltige Material vollkommen oder teilweise aus Kohle, Koks, Preßkoks, Holz, teilweise verkohltem Holz, Holzkohle, Lignit oder Torf besteht.18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung unter einem über Atmosphärendruck liegenden Druck erfolgt.Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen5 -19. Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H^ bestehenden Gasmischung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Reaktor (1) in Form eines Schachtofens mit einer oberen Schleuse (6) für die gasdichte Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe im Schachtofen, einen Schlackenabzug (13, 14) am Boden des Schachtes (1) und eine mit einem Gasauslaß (5) für das erzeugte Gas versehenen Ringtrommel (4), welche in einer Höhe über der vorgegebenen Höhe angeordnet ist, bis zu welcher das feste Material eingefüllt ist.20. Anlage nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Zufuhranordnungen von Wärmeenergie und/oder Oxidationsmittel, welche unter dem Gasauslaß (5) und/oder über der Oberfläche des Festmaterials angeordnet sind.21. Anlage gemäß Anspruch 19 und 20, gekennzeichnet durch Plasmabrenner (3, 7) für die Zufuhr von Wärmeenergie.22. Anlage gemäß den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenabzug aus einem umlaufenden Ausgabetisch (14) besteht.
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