DE3544792C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich aus CO und H₂ bestehenden Gases aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial.

In der DE-OS 31 15 748 ist ein Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich aus CO und H₂ bestehenden Produkt­ gases aus kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial beschrieben, bei dem als Ausgangsmaterial in erster Linie feinteili­ ges, vorzugsweise pulverförmiges Kohlenstoffmaterial eingesetzt wird. Das feinteilige Kohlenstoffmaterial wird bei diesem Verfahren in eine Verbrennungszone im unteren Bereich eines Vergasungsschachtofens eingebla­ sen und in einem oxidationsmittelhaltigen Plasmagasstrom vergast sowie teilweise verbrannt. Das dabei gebildete Gasgemisch durchströmt die kohlenstoffhaltige Beschickungs­ säule des Vergasungsschachtofens. Die Beschickungssäule stellt einen Brennstoffpuffer dar, durch den verhin­ dert wird, daß Schwankungen im Verhältnis zwischen Oxidationsmittel und feinteiligem Kohlenstoffmaterial zu Qualitätsschwankungen in dem am Kopf des Schacht­ ofens entnommenen Produktgas führen.

Die Literaturstelle "GWF-Gas" 92 (1951), Heft 19, S. 273 bis 277 befaßt sich mit der Gaserzeugung im Abstich­ generator, d. h. einem Schachtofen, unter Vergasung von stückigem Kohlenstoffmaterial, dem rückgeführter Flug­ staub und Fremdstaub in Mengen von bis maximal 20% zu­ geführt werden. Die Durchführung des Verfahrens mit Ge­ mischen aus Sauerstoff und Koksofengas als Vergasungs­ mittel wird dabei als besonders interessant erwähnt.

Bei dem aus der DE-OS 24 08 461 bekannten Verfahren zur Herstellung von Synthesegas in einem koksbeschickten Abstichgenerator wird der Koks in einem dem Vergasungs­ generator vorgeschalteten Verkokungsofen unter Sauer­ stoffausschluß gebildet und dem Generator nach Maßgabe des Verbrauchs über eine gasdichte Schleuse zugeführt. Das bei der Verkokung gebildete Gas wird dabei durch einen Wäscher geleitet und zusammen mit dem zur Verga­ sung verwendeten Oxidationsmittel in den Abstichgenerator eingeführt.

Aus der DE-PS 9 60 572 ist ein Verfahren zur Herstellung von methanarmem Synthesegas durch Vergasung von festen Brennstoffen mit Oxidationsmitteln unter Druck bekannt. Bei diesem Verfahren wird in zwei übereinanderliegenden Zonen in einem Schachtofen gearbeitet, wobei in einer oberen Zone aus dem Brennstoff unter Durchblasen von Oxidationsmittel ein Gas gebildet wird. Dieses Gas wird, zweckmäßig nach Abscheidung seiner kondensierbaren Be­ standteile, zusammen mit Oxidationsmittel von unten in die untere Zone des Schachtofens geführt und das ge­ bildete Produktgas aus dieser Zone abgeführt.

Diese bekannten Verfahren lassen jedoch hinsicht­ lich der Gehalte an CO und H₂ im Produktgas insbesondere bei Einsatz kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien mit hohem Anteil an flüchtigen Bestandteilen zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit dem bzw. mit der kohlenstoffhaltiges Material mit großer Schwankungsbreite an flüchtigen Bestandteilen voll­ ständig in ein aus CO und H₂ bestehendes Produktgas mit hoher Reinheit und damit verringertem Gehalt an CO₂ und H₂O überführt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das in den Patentan­ sprüchen 1 bis 6 angegebene Verfahren und die in den Patentansprüchen 7 und 8 beschriebene Vorrichtung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt unter der Zufuhr heißer Oxidationsmittel im Entgasungsschacht­ ofen eine Teiloxidation sowie eine Entgasung des ein­ gesetzten stückigen Ausgangskohlenstoffmaterials, und es entsteht äußerst reaktiver Koks, der bei Abschluß von der Außenatmosphäre seine Reaktivität beibehält. Mit diesem Koks kann die Vergasung im Vergasungsschacht­ ofen sehr wirkungsvoll durchgeführt werden, und es ist ein Produktgas mit einem CO- und H₂-Anteil von mehr als 90% herstellbar, und zwar unabhängig von dem An­ teil an flüchtigen Bestandteilen im kohlenstoffhalti­ gen Ausgangsmaterial. Das aus dem Entgasungsschacht­ ofen abgeführte heiße Gas weist eine Temperatur von 500 bis 700°C auf und enthält die flüchtigen Bestand­ teile des stückigen Kohlenstoffmaterials. Durch die Zu­ fuhr dieses heißen Gases in die Vergasungskammer wird sowohl die Wärme des heißen Gases genutzt als auch der Kohlenstoffanteil des Kohlenstoffmaterials vollständig verwertet.

Beim Verfahren der Erfindung bildet das feinteilige Kohlen­ stoffmaterial etwa 85%, das umlaufende Koksgas etwa 5% und der reaktive Koks im Vergasungsschachtofen etwa 10% des erzeugten Produktgases.

Bevorzugt werden dem Entgasungsschachtofen beim erfindungs­ gemäßen Verfahren als stückiges Kohlenstoffmaterial Anthrazit, bituminöse Kohle, Lignit und/oder Torfbriquetts aufgegeben. Das Oxidationsmittel wird dem Entgasungsschachtofen in Form eines aus O₂, H₂O und/oder CO₂ bestehenden Gases zugeführt. Das dem Entgasungsschachtofen zugeführte heiße Oxidationsmittel wird vorzugsweise durch Wärmeaus­ tausch mit Produktgas vorgewärmt und in einem Öl- oder Gasbrenner weiter aufgeheizt. Vorzugsweise wird der aus dem Entgasungsschachtofen abgeführte Koks vor Ein­ tritt in die Koksschleuse in einem Entnahmeteil des Entgasungsschachtofens gekühlt. Auf diese Weise läßt sich der Koks in der Koksschleuse leichter handhaben und die Materialwahl für die Koksschleuse ist weniger kritisch. Diese Abkühlung des Kokses kann dadurch er­ folgen, daß gekühltes und komprimiertes Produkt­ gas in die Entnahmekammer des Entgasungsofens einge­ leitet wird.

Mit dem Verfahren der Erfindung sind Produktgase mit 90 bis 100% an CO und H₂ und einem Gehalt von CO₂ und H₂O von 0 bis 10% herstellbar.

Aus der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich.

Der Produktgaserzeugungsteil der Vorrichtung besteht aus einer Vergasungskammer (1) für die Vergasung und teilweise Verbrennung von feinteiligem, vorzugsweise pulverförmi­ gem Kohlenstoffmaterial sowie einem Vergasungsschacht­ ofen (2), welcher mit Koks (3) gefüllt ist.

Die Vergasungskammer (1) ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und besitzt Wandungen (4) und (5). Ein Schlackenauslaß (6) ist für die Entnahme von Schlacke aus dem Vergasungsschachtofen (2) sowie der Vergasungskammer (1) vorge­ sehen. Das im Wege der Vergasung hergestellte Produktgas wird durch einen Produktgasauslaß (7) im oberen Abschnitt des Vergasungsschachtofens (2) ab­ gezogen. Durch eine gasdichte Koksschleuse (8), die sich in die Gicht des Vergasungsschachtofens (2) öffnet, wird das Beschickungsmaterial eingeführt.

An die Vergasungskammer (1) ist ein Plasmagenerator (9) ange­ schlossen und über den Ventilmechanismus (10) mit der Vergasungskammer (1) verbunden. Durch die Zufuhrleitung (11) wird dem Plasmagenerator (9) Oxidationsmittel zugeführt. Das im Plasmagenerator (9) erzeugte heiße turbulente Gas wird in die Vergasungskammer (1) durch die Mündung (12) des Plasma­ generators eingebracht. Feinteiliges, vorzugsweise pulverförmiges, Kohlen­ stoffmaterial wird durch eine Speiseleitung (13) in eine die Mündung (12) des Plasmagenerators konzentrisch umgebende Ringsäule (14) eingespeist und/oder über eine Lanze (15), ggf. mit Zuschlägen, in die Vergasungs­ kammer (1) eingeblasen und in dem oxidationsmittelhaltigen Plasmagas­ strom vergast sowie teilweise verbrannt. Das dabei gebildete Gasgemisch wird durch den Vergasungsschachtofen (2) ge­ führt und unter weiterer Vergasungsreaktion in das Produktgas über­ führt, das am Kopf des Vergasungsschachtofens durch den Produktgasauslaß (7) abgezogen wird. In dem Vergasungsschachtofen (2) sind weitere Lanzen (16) und (17) angeordnet für die Zufuhr eines anderen Oxidationsmittels wie H₂O oder CO₂ zur Ausnutzung der überschüssigen physikalischen Wärme im Gas. Hierdurch ist auch eine Temperatureinstellung sowie eine Beein­ flussung der Zusammensetzung des Produktgases möglich. In der Vergasungskammer (1) ist eine erste Meßeinrichtung (18) angeordnet und in der Nähe des Produktgasaus­ lasses (7) des Vergasungsschachtofens ist eine zweite Meßeinrichtung (19) ange­ ordnet zur Messung der Gastemperatur oder zur Durchführung einer Gas­ analyse. Mit Hilfe der Meßeinrichtungen (18) und (19) ist das Verfahren steuerbar. In der Vergasungskammer (1) sind ferner Lanzen (20) für die Zufuhr von Schlackenbildnern angeordnet.

Oberhalb des Vergasungsschachtofens (2) ist ein Entgasungsschachtofen (21) ange­ ordnet, der mit einer Zufuhreinrichtung (22) für stückiges Kohlen­ stoffmaterial (23) versehen ist sowie an einen Heißwindring (24) angeschlossene Wind­ düsen (25) aufweist, die in den Entgasungsschachtofen (21) münden. Am Boden des Entgasungsschachtofens (21) ist eine Koksentnahmekammer (41) mit rotierendem Tisch (26) und Leitung (27) angeordnet. Die Koksent­ nahmekammer (41) ist an die gasdichte Koksschleuse (8) angeschlossen. Über eine Leitung (28) und einen Kompressor (29) wird Oxidationsmittel in Form eines O₂, H₂O und/oder CO₂ enthaltenden Gases zugeführt und über den Heißwindring (24) und Wind­ düsen (25) in den Entgasungs­ schachtofen (21) eingeblasen. Zur Beheizung wird das Oxidationsmittel zunächst insgesamt oder im Teilstrom in einem Wärmeaustauscher (30) vorgewärmt, dem heißes Produktgas über eine Leitung (31) zugeführt wird. Die Leitung (31) geht von einer mit dem Produktgasauslaß (7) verbundenen Produktgas­ leitung (32) ab. Das vorgewärmte Oxidationsmittel wird in der Verbrennungskammer (34) eines Öl- oder Gasbrenners (33), der in die Ver­ brennungskammer (34) einmündet, weiter aufgeheizt. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch lediglich einen über eine Leitung (35) in die Verbrennungskammer (34) eingespeisten Teilstrom aufzuheizen. Bei Verwendung eines Gasbrenners wird ein Teil des Produktgases über eine Leitung (36) abgenommen, in einem Kühler (37) gekühlt und anschließend in einem Kompressor (38) auf den erforderlichen Druck komprimiert. Das komprimierte Gas wird insgesamt oder im Teilstrom in einem Wärme­ austauscher (39) durch Wärmeaustausch mit heißem Produktgas vorgewärmt, wobei das heiße Produktgas über die Leitung (40) dem Wärmeaustauscher (39) zugeführt wird. Das auf diese Weise gekühlte komprimierte und erforderlichenfalls vorgewärmte Produktgas wird dann durch den Brenner (33) in die Brennkammer (34) eingeleitet.

Der im Entgasungsschachtofen hergestellte Koks kann in einem Entnahmeteil (41) des Entgasungsschachtofens (21) vor Eintritt in die Koksschleuse (8) gekühlt werden. Dazu wird ein Teilstrom des den Vergasungsschachtofen (2) verlassenden Produktgases abgekühlt und verdichtet und der Koksent­ nahmekammer (41) des Entgasungsschachtofens (21) über eine Kühlgas­ leitung (42) zugeführt.

Das in dem Entgasungsschaftofen (21) gebildete und die flüchtigen Bestandteile des Kohlenstoffmaterials mitführende Koksgas wird am Kopf des Entgasungsschachtofens (21) über einen Gasauslaß (43) abgeführt und über eine Leitung (44) der Vergasungskammer (1) zugeführt. Das Gas besitzt hierbei eine Temperatur von 500 bis 700°C und enthält die flüchtigen Bestandteile des stückigen Kohlenstoffmaterials. In der Ver­ gasungskammer (1) werden die flüchtigen Bestandteile gespalten sowie reformiert. Dadurch werden die bei der Herstellung des reaktiven Kokses entstehenden Nebenprodukte in wertvolles Gas umge­ formt.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Produktgas enthält üblicherweise etwa 20% H₂ und etwa 80% CO, doch kann dieses Verhältnis dadurch verändert werden, daß Wasserdampf als Oxidationsmittel in der Vergasungskammer (1) verwendet wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich aus CO und H₂ bestehenden Produktgases aus kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial, wobei feinteiliges Kohlenstoffmaterial in einem heißen, turbulenten, durch einen Plasmagenerator erzeugten Oxidationsmittelgasstrom vergast und teilweise verbrannt wird und das dabei erhaltene Gasgemisch an­ schließend von unten in einen, über eine gasdichte Schleuse mit Koks gefüllten Vergasungsschachtofen geführt und unter weiterer Vergasungssreaktion in das Produktgas überführt wird, welches am Kopf des Vergasungsschachtofens ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung und teilweise Verbrennung des feinteiligen Kohlenstoffmaterials in einer Vergasungskammer erfolgt, die über eine Öffnung direkt ober­ halb des Schlackenauslasses des Vergasungsschachtofens mit dessen unterem Bereich verbunden ist, daß stückiges Kohlenstoffmaterial in einen oberhalb des Vergasungsschacht­ ofens angeordneten Entgasungsschachtofen aufgegeben und unter Zufuhr aufgeheizter Oxidationsmittel bei 600 bis 800°C entgast wird, daß der im Entgasungsschachtofen erzeugte reaktive Koks über die gasdichte Schleuse in Abhängigkeit vom Koksverbrauch im Vergasungsschachtofen von oben in den Vergasungsschachtofen eingebracht wird und daß am Kopf des Entgasungsschachtofens das bei der Entgasung entstandene und die flüchtigen Bestandteile des Ausgangsmaterials enthaltende heiße Gas abgeführt und der Vergasungskammer zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ent­ gasungsschachtofen als stückiges Kohlenstoffmaterial Anthrazit, bitumi­ nöse Kohle, Lignit und/oder Torfbriquetts aufgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsschachtofen Oxidationsmittel in Form eines aus O₂, H₂O und/oder CO₂ bestehenden Gases zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Entgasungsschachtofen zugeführte Oxidationsmittel durch Wärmeaustausch mit Produktgas vorgewärmt und in einem Öl- oder Gasbrenner weiter aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Entgasungsschachtofen abgeführte Koks in einem Entnahmeteil des Ent­ gasungsschachtofens vor Eintritt in die Koksschleuse gekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgekühlter und verdichteter Teilstrom des den Vergasungs­ schachtofen verlassenden Produktgases zur Kühlung des Kokses dem Entnahmeteil des Entgasungsschachtofens zugeführt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Vergasungsschachtofen, welcher am Kopfende eine gasdichte Schleuse für die Zufuhr von stücki­ gem Koks sowie einen Produktgasauslaß und im unteren Bereich einen Schlackenauslaß aufweist, mit einem Plasmagenerator sowie mit Zufuhrleitungen für Oxidationsmittel und feinteiliges Kohlenstoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma­ generator (9) in eine mit den Zufuhrleitungen (11) und (13, 14) für das Oxidationsmittel und das feinteilige Kohlenstoffmaterial versehene Vergasungskammer (1) mündet, die oberhalb des Schlackenauslasses (6) an den Vergasungsschachtofen (2) ange­ schlossen ist, daß die gasdichte Koksschleuse (8) über eine Entnahmekammer (41) mit dem Boden eines Entgasungsschachtofens (21) verbunden ist, der im unteren Bereich einen Heißwindring (24) und Winddüsen (25) für die Zufuhr von heißem Oxidations­ mittel und an seinem Kopfende eine gasdichte Zufuhreinrichtung (22) für stückiges Kohlenstoffmaterial sowie einen Gasauslaß (43) aufweist, und daß vom Gasauslaß (43) des Entgasungsschacht­ ofens (21) eine Gasleitung (44) zur Vergasungskammer (1) führt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Entnahmekammer (41) des Entgasungsschachtofens (21) eine Kühlgasleitung (42) einmündet.