DE3631015A1 - Verfahren zur erzeugung eines kohlenmonoxid-wasserstoff enthaltenden reingases - Google Patents

Verfahren zur erzeugung eines kohlenmonoxid-wasserstoff enthaltenden reingases

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases unter Anwendung handelsüblich bekannter Technologie und Verwendung irgendeiner Form eines Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff Ausgangsmaterials, ohne daß dieses Gas energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen werden muß, bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendet wird.
Bei Verfahren, welche die Verbrennung ausnutzen, um Energie zu liefern, sowie in Verfahren, welche andere Ausgangsstoffe als getrockneten Koks verwenden, wie beispielsweise bituminöse Kohle, Pech und dgl., wird ein Gas erhalten, welches H2O und Kohlenwasserstoffe ebenso wie CO + H2 enthält.
Normalerweise wird auf einen Maximalgehalt an CO2 + H2O von etwa 10% im Gas hingearbeitet, während gleichzeitig der Gehalt an schweren Kohlenwasserstoffen so nahe wie möglich bei 0% liegen sollte.
In herkömmlichen Vergasungsprozessen, welche Sauerstoffgas (Luft) und Dampf verwenden, bei denen das Gas und kohlenstoffhaltiges Material sich im Gegenstrom bewegen, ist es möglich, die Wärme besonders gut auszunutzen, doch kann dieses Gas infolge der niedrigen Reaktionstemperatur große Mengen an Teer enthalten. Außerdem erhält man ein Restprodukt in Form von Asche, welche schwer zu beseitigen ist, ohne die Umgebung zu schädigen. Beträchtliche Vorteile lassen sich durch Erhöhung der Reaktionstemperatur in der Verbrennungsstufe erzielen, sodaß die Asche schmilzt, und durch Erhöhung des Prozeßdruckes. Die abgelassene und festgewordene Schlacke ist äußerst widerstandsfähig gegenüber Auslaugen und die Produktion pro Einheitsvolumen des Reaktors wird erhöht. Außerdem kann der Überschuß an Sauerstoff für Reduktionsprozesse auf einer vernünftigen Höhe gehalten werden, d. h. es braucht weniger an gebildetem Kohlenmonoxid zu CO2 verbrennt zu werden, um beispielsweise Wärmeverluste abzudecken. Das Teerproblem bleibt jedoch bestehen und das Gas kann daher nicht direkt, beispielsweise als Reduktionsgas, verwendet werden.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, welches die Verwendung irgendwelcher Form von Ausgangsmaterial erlaubt, welches Kohlenstoff, und/oder Kohlenwasserstoff für die Gaserzeugung verwendet, während auch handelsüblich bekannte Technologie angewendet wird, wobei das Gas keinen energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen werden muß, bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, welches im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß aus einem Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden Ausgangsstoff hergestellte Gas gleichzeitig mit einem in einem Plasmagenerator erhitzten Gas in eine Reduktionskammer eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene Kohlenwasserstoff zerlegt wird.
Es wurde festgestellt, daß durch Zufuhr eines heißen Gases, welches durch einen Plasmagenerator erhitzt wurde und daher eine extrem hohe Energiedichte besitzt, ein thermischer Zerfall des Kohlenwasserstoffs im Gas von Vergaser ebenso erzielt wird wie die Reaktion mit H2O, O2 und/oder CO2 im Gas zur Ausbildung von H2 und CO. Infolge der hohen Energiedichte in dem zugeführten Gas wird eine vergleichsweise geringe Gasmenge benötigt, wodurch der Prozeß möglich wird.
Das Gas kann durch Pyrolyse oder partielle Verbrennung von Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff enthaltendem Material wie beispielsweise Torf, Steinkohle, Anthrazit oder Forstabfälle erzeugt werden. Wenn Koksofengas aus der Pyrolyse von Steinkohle verwendet werden soll, ergeben sich weitere Verunreinigungen sowie Kohlenwasserstoffe. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch diese in der zusätzlichen Reaktionskammer zerlegt werden.
Gemäß einem Vorschlag der Erfindung wird das Gas nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung geleitet, um Schwefel zu entfernen. Der für diese Entschwefelung verwendete Kalkstein oder Dolomit kann auch als Katalysator zum Zerlegen von Kohlenwasserstoff und bei der Reaktion mit Oxidationsmittel wirken. Dadurch kann der Stromverbrauch in der zusätzlichen Reaktionskammer entsprechend gesenkt werden.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Gehalt an CO2 + H2O im Gas der zusätzlichen Reaktionskammer auf unter 5% gesteuert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgend detaillierten Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung, welche schematisch das Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Gaserzeugungsprozesses in Verbindung mit einem anschließenden Reduktionsprozeß zeigt.
In einem Vergaser oder Koksofen 1 wird ein Rohgas erzeugt. Das erzeugte Rohgas wird einer zusätzlichen Reaktionskammer 2 zugeleitet. In Verbindung mit dieser zusätzlichen Reaktionskammer ist zumindest ein Plasmagenerator 3 für die Zufuhr eines Heißgases mit hoher Energiedichte vorgesehen. Der Kohlenwasserstoff im Rohgas wird in der zusätzlichen Reaktionskammer zerlegt und reagiert zur Ausbildung von CO + H2. Feinverteilter Koks oder H2O können über Lanzen 4 in die zusätzliche Reaktionskammer eingeblasen werden, um das Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis einzustellen.
Anschließend wird das Gas im Schacht 5 einer Entschwefelung unterworfen, wobei dieser Schacht eine Füllung 6 aus Kalkstein oder Dolomit enthält, welche durch eine gasdichte Schleuse 7 zugeführt werden, während verbrauchte Füllung am Boden des Schachtes durch eine gasdichte Schleuse 8 abgenommen wird. Irgendwelche im Gas zurückgebliebenen Kohlenwasserstoffe werden in der Kalkstein- oder Dolomitfüllung ebenfalls katalytisch zerlegt. Dies kann ausgenutzt werden, um den elektrischen Stromverbrauch im Plasmagenerator 3 zu senken, welcher für den thermischen Zerfall des Kohlenwasserstoffgehaltes verwendet wird.
Das auf diese Weise gereinigte Gas, welches im wesentlichen nur H2 + CO sowie eine geringe Menge an H2O + CH2 enthält, kann einer Kammer 9 zugeleitet werden, um in Bezug auf seine Temperatur und Zusammensetzung kontrolliert zu werden, bevor es in einen Schachtofen 10 zur Reduktion von oxidischem Material eingeleitet wird.
Das erzeugte Gas wird durch einen Einlaß 12 am Boden des Schachtofens 10 eingeleitet und strömt im Gegenstrom zu dem Metalloxid enthaltendem Material durch den Schachtofen hindurch. Das teilweise verbrauchte Gas, welches Verunreinigungen und Staub enthält, wird durch einen Auslaß 13 abgesaugt und in einem Wäscher 14 gereinigt.
Das gereinigte, teilweise verbrauchte Gas kann dann für andere Zwecke verwendet werden, wie dies durch den Filter 15 angezeigt wird. Erforderlichenfalls kann ein Teil es Gases über Leitungen 16, 16 a, 16 b erneut dem Verfahren zugeleitet werden und beispielsweise in der Mischkammer 9 verwendet werden, um die Temperatur und Zusammensetzung des in den Schachtofen einzuleitenden Gases zu steuern. Ein Teil der wieder in Umlauf gebrachten Gases kann auch im Plasmagenerator in Verbindung mit der zusätzlichen Reaktionskammer verwendet werden.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel weiterhin illustriert.
Beispiel
10 to Forstabfälle, welche 30% Wasser enthielten und im übrigen folgende Zusammensetzung hatten werden von oben her pro Stunde in einen Gegenstromvergaser eingebracht, während ein Oxidationsmittel am Boden des Vergasers in Form von auf 1000°C erhitzter Luft eingeleitet wird. An Luft werden 3700 Nm3 zugesetzt. Das Gichtgas hatte folgende Zusammensetzung
Gleichzeitig wird eine Teerprobe entnommen, welche zeigt, daß das Gas 3,2 g an Teer/Nm3 enthält.
Die Temperatur des ausströmenden Gases beträgt 440°C und sein Volumen etwa 17 200 Nm3. Das Gas wird nunmehr einer zusätzlichen Reaktionskammer zugeleitet und durch in Plasmageneratoren erhitzte Luft erhitzt. Die benötigte Luftmenge beträgt nur etwa 2 100 Nm3. Mit Hilfe des Plasmagenerators wird die Temperatur des eintretenden Gases auf 1250°C erhöht, und dies bei einem Stromverbrauch von annähernd 8,7 MWh.
Aus dem erhitzten Pyrolysegas werden somit die Methan- und Teeranteile entfernt und das die Kammer verlassende Gas hat folgende Zusammensetzung
Die Gasmenge an ausströmendem Gas beträgt annähernd 19 900 Nm3.

Claims (4)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases unter Anwendung handelsüblich bekannter Technologie und Verwendung irgendeiner Form eines Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff Ausgangsmaterials, ohne daß dieses Gas energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen werden muß, bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden Ausgangsstoff hergestellte Gas gleichzeitig mit einem in einem Plasmagenerator (3) erhitzten Gas in eine Reduktionskammer (2) eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene Kohlenwasserstoff zerlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer (2) durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung (6) geleitet wird, in welcher Schwefel entfernt wird, restlicher Kohlenwasserstoff zerlegt wird und eine Reaktion mit dem Oxidationsmittel erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zusätzliche Reaktionskammer (2) fein verteilter Koks und/oder Wasser eingeblasen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gehalt an CO2 und H2O in dem die zusätzliche Reaktionskammer (2) verlassenden Gas auf unter 5% gesteuert wird.
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