DE624169C

DE624169C - Process for generating a detoxified strong gas by gasifying bituminous fuels or degassing residues under increased pressure

Info

Publication number: DE624169C
Application number: DEM126123D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Danulat
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1934-01-09
Filing date: 1934-01-09
Publication date: 1936-01-15

Description

Verfahren zur Erzeugung eines entgifteten Starkgases durch Vergasung von bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrückständen unter erhöhtem Druck Das Hauptpatent bezieht sich auf die Erzeugung von Starkgas aus bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrückständen mittels Sauerstoff und Wasserdampf. Es besteht darin, daß die Vergasung unter einem Druck von mehreren Atmosphären mittels Sauerstoffs oder sauerstoffangereicherter Luft und im Verhältnis zum Sauerstoff so reichlichen Wass.erdampfmengenerfolgt, daß der Kohlenstoff des Brennstoffes vorwiegend in Kohlensäure und Kohlenwasserstoffe übergeführt wird. Nach diesem Verfahren läßt sich ein Gas erzeugen, das nach Entfernen der Kohlensäure in Zusammensetzung, Heizwert und Brenneigenschaften vollkommen der Norm des heutigen Stadtgases entspricht. Die Anwendung des Druckes ermöglicht die Synthese hochheizkräftiger Kohlenwasserstoffverbindungen, vornehmlich des Methans, direkt im Vergasungsprozeß, so daß das Gas nach Befreiung von der im Vergasungsverfahren in größeren Mengen erzeugten Kohlensäure einen Heizwert von beispielsweise q.5ookcal/ms und darüber (bei o° C und 760 mm Hg-Säule gemessen) hat. Das so erzeugte Gas kann entgiftet, d. h. von seinem CO-Gehalt befreit werden, entweder durch katalytische Umsetzung des Kohlenmonoxyds mit Wasserdampf inWasser-' stoff oder Methan oder durch Abscheidung des Kohlenmonoxyds z. B. in einer Tiefkühlanlage. Bei der Herstellung eines entgifteten Stadtgases nach dem Verfahren des Hauptpatents ist daher außer der Herstellung des Sauerstoffs b@zw. der sauerstoffreichen Luft auch noch eine Veredlung des erzeugten Gases erforderlich. Das vermindert die Wirtschaftlichkeit der Anwendung dieses Verfahrens auf die Erzeugung eines entgifteten Leuchtgases.Process for generating a detoxified strong gas by gasifying bituminous fuels or degassing residues under increased pressure. The main patent relates to the production of strong gas from bituminous fuels or degassing residues using oxygen and water vapor. It consists in the gasification taking place under a pressure of several atmospheres by means of oxygen or oxygen-enriched air and in relation to the oxygen so abundant amounts of water vapor that the carbon of the fuel is mainly converted into carbonic acid and hydrocarbons. According to this process, a gas can be produced which, after removal of the carbonic acid, completely corresponds to the standard of today's city gas in terms of composition, calorific value and burning properties. The use of pressure enables the synthesis of high-heating hydrocarbon compounds, primarily methane, directly in the gasification process, so that the gas has a calorific value of, for example, q.5 ookcal / ms and above (at o ° C and 760 mm Hg column measured). The gas generated in this way can be detoxified, ie freed of its CO content, either by catalytic conversion of the carbon monoxide with water vapor in hydrogen or methane or by separating the carbon monoxide e.g. B. in a freezer. In the production of a detoxified town gas according to the method of the main patent, therefore, in addition to the production of oxygen, b @ zw. The oxygen-rich air also requires upgrading the gas produced. This reduces the profitability of using this method for the production of a detoxified luminous gas.

An sich ist die Vergasung fester Brennstoffe unter hohem Druck, von z. B. über 3 atü und mehr, nicht nur unter Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft, sondern auch von atmosphärischer Luft bekannt. Im letzten Fall war beabsichtigt, durch hohe Vergasungstemperaturen, und die Einwirkung des Druckes eine Zersetzung der kondensierbaren Bestandteile im Gas (Teer und öle) in permanente Gase zu erzielen, um auf diesem Wege ein teerfreies Gas zu er- J zeugen. Demgegenüber wird nach der Erfindung ein entgiftetes Stadtgas aus bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrückständen dadurch gewonnen, daß die Brennstoffe unter einem Druck von mehreren Atmosphären mittels eines Gemisches, bestehend aus Luft und so reichlichen Wasserdampfmengen, vergast werden, da.ß bei der Vergasung wesentliche Mengen Methan und anderer Kohlenwässerstoffverbindungen @entstehen. Aus diesem Gase werden dann er-; findungsgemäß in einer nachgeschalteten Gaserzeugungsanlage Kohlenmonoxyd und Stickstoff entfernt.In itself, the gasification of solid fuels under high pressure, from z. B. over 3 atmospheres and more, not only using oxygen or oxygen-enriched air, but also known from atmospheric air. In the last case was intended by high gasification temperatures, and achieve the effect of the pressure decomposition of the condensable components in the gas (tar and oils) in permanent gases, a tar-free gas to ER J bear witness in this way. In contrast, according to the invention, a detoxified town gas from bituminous fuels or degassing residues is obtained in that the fuels are gasified under a pressure of several atmospheres by means of a mixture consisting of air and such abundant amounts of water vapor that substantial amounts of methane and gas are gasified other hydrocarbon compounds @ formed. From these gases are then derived; According to the invention, carbon monoxide and nitrogen are removed in a downstream gas generation plant.

Luft wird z. B. durch einen Kolbenkompressor auf einen Druck von etwa zo bis 3o Atm. verdichtet und, mit einer bestimmten Menge hochüberhitzten Wasserdampfes, z. B. derselben Pressung, gemischt, als Vergasungsmittel in einen unter diesem Druck arbeitenden Gaserzeuger geleitet, in dem .der diesem aufgegebene t3rennstoff (z. B. Koks oder Kohle) zu einem stark methanhaltigen Rohgas vergast wird. Nach Kühlung des Gases und Kondensation der gegebenenfalls darin enthaltenen Teere und Öle führt man das Gas unter dem gleichen Druck einer Druckwasserwäsche zu, in der die Kohlensäure und der Schwefelwasserstoff durch einfaches Waschen mit Wasser nach bekannten Verfahren aus dem Gas :entfernt werden. Nach einer chemischen Feinreinigung, z. B. mit Ätznatron, zur Entfernung der letzten Kohlensäurespuren im Gas leitet man dieses in eine Gaszerlegungsanlage, um es darin durch Tiefkühlung in die einzelnen Bestandteile zu zerlegen, nämlich in einen rnethanreichen Anteil, einen kohlenmonoxydreichen und einen wasserstoffreichen unter Abtrennung von Stickstoff. Man entfernt auf diese Weise das Kohlenoxyd praktisch restlos und den Stickstoff so weit aus dem Gas, daß man den gewünschten Heizwert und die diesem entsprechende Gaszüsatnmensetzungerhält, wobei man zur Regelung der Brenneigenschaften des Gases, z. B. zur Erhöhung seines spez. Gewichtes, auch einen Teil der vorher abgeschiedenen Kohlensäure wieder dem Gas zusetzen kann. Durch die erfindungsgemäße Anwendung erhöhten Vergasungsdruckes und reichlichen Wasserdampfmengen -wird auch bei Benutzung von Luft als Vergasungsmittel Methanbildung bewirkt. Die Methanbildungsreaktion ist @exotherm, und demgemäß wird der zur Aufrechterhaltung des Vergasungsprozesses erforderliche Sauerstoffbedarf entsprechend niedrig, so daß das Rohgas relativ geringe Mengen an Stickstoff -enthält. Je höher der Vergasungsdruck, gewählt wird, desto geringer wird der Stickstoffgehalt des Gases. Aus diesem Grinde kann ein hoher Druck von z. B. 7o bis zoo atü in manchen Fällen noch besondere Vorteile haben. In der gleichen Weise wie die Erhöhung des Vergasungsdruckes wirkt die Erhöhung der überhitzungstemperatur des Vergasungsmittels vor seinem Eintritt in das Brennstoffbett auf die Verringerung des Stickstoffgehaltes des erzeugten Gases. Die mit dem Verfahren der Druckvergasung nach dem Hauptpatent an sich verbundenen weiteren Vorteile, wie Steigerung der Durchsatzleistung, Nutzbarmachung des Druckes für die nachfolgenden Arbeitsstufen usw., bleiben auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bestehen, da man den Einfluß des indifferenten Stickstoffes z. B. auf die -Durchsatzleistung durch entsprechende Druckerhöhung .ausgleichen kann. Die bei der Entgiftung des Gases ausgeschiedene Kohlenoxydfraktion kann innerhalb. des Verfahrens, z. B. zur Überhitzung des Vergasungsmittels, Verwendung finden. In besonderen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, vor der Gaszerlegung durch Tiefkühlung eine teilweise katalytische Umsetzung des Kohlenmonoxyds gegebenenfalls mit H20 z. B. in CH, oder H2 vorzunehmen, um die Gasverluste in Form von Kohlenmonoxyd zu vermindern; den Rest des Kohlenmonoxyds entfernt man dann, soweit notwendig, durch Tiefkühlung. Die beschriebenen Formen der Kohlenmonoxyd- und Stickstoffabtrennung können auch bei :einem Teilstrom des Gases durchgeführt werden, der dann wieder mit dem nicht oder auf ändere Weise veredelten Rest gemischt wird, oder es kann auch das in der Tiefkühlung o. dgl. entfernte Kohlenoxyd allein für sich katalytisch in C H4 oder H2 inngesetzt und dem Hauptgasstrom vor oder nach d7,er Zerlegung wieder zugesetzt werden.Air is z. B. by a piston compressor to a pressure of about zo to 3o atm. compressed and, with a certain amount of highly superheated steam, e.g. B. the same compression, mixed, passed as a gasification agent in a gas generator operating under this pressure, in which the fuel (e.g. coke or coal) given to this gas is gasified to a raw gas with a high methane content. After cooling the gas and condensation of any tars and oils contained therein, the gas is fed under the same pressure to a pressurized water scrubber in which the carbonic acid and hydrogen sulfide are removed from the gas by simple washing with water according to known methods. After a fine chemical cleaning, e.g. B. with caustic soda, to remove the last traces of carbonic acid in the gas, this is passed into a gas separation plant in order to break it down into its individual components by deep-freezing, namely into a metal-rich part, a carbon monoxide-rich and a hydrogen-rich part with the separation of nitrogen. In this way, the carbon oxide is practically completely removed and the nitrogen is removed from the gas to such an extent that the desired calorific value and the gas addition rate corresponding to this are obtained. B. to increase its spec. Weight, also a part of the previously separated carbon dioxide can add back to the gas. The use according to the invention of increased gasification pressure and copious amounts of water vapor causes the formation of methane even when air is used as the gasification agent. The methane formation reaction is @exothermic, and accordingly the oxygen demand required to maintain the gasification process is correspondingly low, so that the raw gas contains relatively small amounts of nitrogen. The higher the gasification pressure selected, the lower the nitrogen content of the gas. For this reason, a high pressure of e.g. B. 7o to zoo atü in some cases still have special advantages. In the same way as increasing the gasification pressure, increasing the superheating temperature of the gasifying agent before it enters the fuel bed has the effect of reducing the nitrogen content of the gas produced. The further advantages associated with the process of pressurized gasification according to the main patent, such as increasing the throughput, making the pressure usable for the subsequent work stages, etc., remain in the process according to the invention, since the influence of the inert nitrogen z. B. can .balance the throughput rate by increasing the pressure accordingly. The carbon oxide fraction excreted during the detoxification of the gas can be within. of the procedure, e.g. B. for overheating the gasification agent, use. In special cases, it can also be useful to carry out a partial catalytic reaction of the carbon monoxide with H20, e.g. B. in CH or H2 to reduce gas losses in the form of carbon monoxide; the rest of the carbon monoxide is then removed, if necessary, by freezing. The forms of carbon monoxide and nitrogen separation described can also be carried out with: a partial flow of the gas, which is then mixed again with the residue that has not been refined or refined in a different way, or the carbon oxide removed in the freezer or the like can also be used alone for catalytically in C H4 or H2 and added to the main gas stream before or after d7, the decomposition.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des neuen Verfahrens besteht beispielsweise in folgendem: In Gaserzeugungsanlagen, die innerhalb der Kohlengebiete liegen, wird erfindungsgemäß durch Vergasung von Brennstoffen mit" Luft und reichlichen Mengen Wasserdampf unter erhöhtem Druck, von z. B. 3o atü, ein Gas erzeugt, das nach -Entfernen der Kohlensäure einen Heizwert von etwa 3oookcal/ms und etwa 8 bis r z o/o C H4 hat. Dieses Gas kann vorteilhaft als Industrie- und Heizgas oder auch als Zusatzgas zu reinem Destillationsgas verwendet werden. In Fernleitungen führt man dieses Gas unter seinem Erzeugungsdruck zu den Verbrauchsstellen, in denen ein Teil -als Industrie- und Heizgas verwendet wird. Ferner werden in denselben oder anderen Verbrauchsstellen zentrale Veredelungsstellen eingerichtet, von denen aus das von Kohlenmonoxyd und einem Teil des Stickstoffes befreite Gas für Heiz- und Kochzwecke abgegeben wird. Das bei der Entgiftung abgeschiedene Kohlenoxyd kann in das Industriegasnetz zurückgegeben werden.There is a particularly advantageous embodiment of the new method For example in the following: In gas generation plants that are located within the coal areas are, according to the invention by gasifying fuels with "air and ample Amounts of water vapor under increased pressure, e.g. B. 3o atü, a gas generated that after removing the carbonic acid a calorific value of about 3oookcal / ms and about 8 to r z o / o C H4 has. This gas can be beneficial as industrial and heating gas or as well can be used as make-up gas to pure distillation gas. Leads in long-distance lines this gas under its generation pressure to the consumption points where a Part-is used as industrial and heating gas. Furthermore, in the same or other consumption points set up central processing points from which the gas freed from carbon monoxide and part of the nitrogen for heating and Cooking purposes is delivered. That which is separated out during detoxification Carbon oxide can be returned to the industrial gas network.

Die besonderen Vorteile des neuen Verfahrens bestehen in folgendem: Es gelingt die direkte Erzeugung eines vollkommen reinen entgifteten und hochheizkräftigen Starkgases durch restlose Vergasung von Brennstoffen unter Anwendung einer einzigen Gaszerlegung.The particular advantages of the new process are as follows: It succeeds the direct generation of a completely pure detoxified and high heating energy Strong gas through complete gasification of fuels using a single Gas separation.

Die Luftzerlegungsanlage, die bei der Vergasung mittels Sauerstoffs erforderlich ist, kann .entbehrt werden.The air separation plant used for gasification by means of oxygen is required, can be dispensed with.

Der mit der Vergasungsluft ins Gas gelangende Stickstoff wird bei einer praktis£hniaht ins Gewicht fallenden Vergrößerung der Zerlegungsapparatur gleichzeitig mit dem Kohlenoxyd entfernt, während bisher zwei nahezu ebenso große Gaszerlegungsanlagen, eine für das Ga,s, die andere für die Luft, nötig waren.The nitrogen entering the gas with the gasification air is at a practical enlargement of the cutting apparatus removed at the same time as the carbon dioxide, while so far two are almost as large Gas separation plants, one for the gas, the other for the air, were necessary.

Gleichzeitig kann mit der Zerlegung des Gases ohne Mehrkosten eine restlose Wasser-und Naphthalinabscheidung und die Beseitig ung organischer Schwefelverbindungen erzielt werden.At the same time, with the decomposition of the gas, a complete separation of water and naphthalene and the elimination of organic sulfur compounds be achieved.

Der eigentliche Vergasungsbetrieb wird im Vergleich zur Sauerstoffvergasung günstig beeinflußt; denn der Luftkompressor ist gegenüber dem Sauerstoffkompressor eine wesentlich betriebssichere Maschine, und die Gefahr der Verschlackung des Gaserzeugers, die bei Anwendung von Sauerstoff und kontinuierlicher Vergasung unter hohem Druck von besonderer Bedeutung ist, wird durch die Kühlwirkung des indifferenten Stickstoffes noch weitgehender ausgeschaltet, als dies bei Sauerstoffvergasung unter erhöhtem Druck durch die an sich schon reichliche Wasserdampfsätti,gung möglich ist.The actual gasification operation is compared to the oxygen gasification favorably influenced; because the air compressor is opposite the oxygen compressor a significantly more reliable machine, and the risk of slagging of the gas generator, that when using oxygen and continuous gasification under high pressure is of particular importance is due to the cooling effect of the inert nitrogen turned off to a greater extent than is the case with oxygen gasification under increased conditions Pressure is possible due to the already abundant water vapor saturation.

Vollkommen beseitigt wird ferner die mit dem reinen Sauerstoff des Vergasungsmittels im Verfahren nach dem Hauptpatent mögliche momentan erfolgende Verbrennung drucktragender Baustoffe, wie Eisen usw., die bei Ausbleiben des Wasserdampfes eintreten und zu schwerwiegenden Folgen führen könnte, soweit nicht besondere Maßnahmen baulicher Art eine Sicherung dagegen bieten.Furthermore, that with the pure oxygen of the is completely eliminated Gasification agent in the process according to the main patent possible currently taking place Combustion of pressure-bearing building materials, such as iron, etc., which occur in the absence of water vapor occur and could lead to serious consequences, unless special measures are taken of a structural type provide a safeguard against it.

Schließlich sind Verluste an Vergasungsmittel oder an Rohgas, - die bei der Druckvergasung möglich und zum Teil sogar durch das Ein- und Ausschleusen von Brennstoff und Asche bedingt sind, von geringerer Bedeutung als bei Verwendung hochwertigen Sauerstoffes als Vergasungsmittel.After all, there are losses of gasification agent or of raw gas - the possible with pressurized gasification and in some cases even by introducing and discharging fuel and ash are of less importance than when they are used high quality oxygen as a gasification agent.

Vergast man beispielsweise mitteldeutsche vorgetrocknete Braunkohle bei einer Schachtbelastung von etwa 8oo kg/m2 und Stunde unter .einem Druck von etwa 25 ata mit einem Vergasungsmittel, bestehend aus Luft und Wasserdampf (t Volumteil Luft + 1,6 Volumteile Wasserdampf), das auf etwa 5oo' erhitzt worden ist, so erhält man ein Rohgas etwa folgender Zusammensetzung- Co, = 22,8 0;o H2 S = 1,4 °lo C,Hm = o,7 0/0 02 - o,r 0/,o H_ = 23,1 0/0 CO = 11,7 0/0 CH, = 11,3 0`0 N, = 28,90 o Dieses Gas wird in :einer Druckwasserwäsche nahezu restlos von C02 und H2 S befreit und erhält dann folgende Zusammensetzung: C"Hm = 0,9 0/0 02 = 0,1 0/0 C O = 15,4% H2 = 30,5 0/0 CH4 = 14,90/1 N2 = 38,2 0/0 Der Heizwert beträgt rund 3ooo kcal/mj. Leitet man dieses Gas in eine Gaszerlegungsanlage und entfernt in dieser das Kohlenoxyd und außerdem den Stickstoff bis zu einem ,gewissen Maß, so erhält man ein entgiftetes Stadtgas entsprechend folgender Zusammensetzung C"H. = 1,6 0/0 0, = 0,2 O 1 r 0 C 0 _@ 0,5 0/0 H2 = 54,311/0 CH4 = 26,61 ;`0 N.@ = 16,8 00 Der obere Heizwert dieses Gases ist etwa 443o kcal/ms.If, for example, pre-dried lignite from Central Germany is gasified at a shaft load of around 8oo kg / m2 and hour under a pressure of around 25 ata with a gasifying agent consisting of air and water vapor (t volume part air + 1.6 volume parts water vapor), which amounts to around 5oo 'has been heated, one obtains a raw gas of approximately the following composition- Co, = 22.8 Ω; o H2 S = 1.4 ° lo C, Hm = 0.70 / 0 02 - o, r 0 /, o H_ = 23.1 0/0 CO = 11.7 0/0 CH, = 11.3 0`0 N, = 28.90 o This gas is almost completely freed of C02 and H2 S in a pressurized water scrubber and then has the following composition: C "Hm = 0.9 0/0 02 = 0.1 0/0 CO = 15.4% H2 = 30.5 0/0 CH4 = 14.90 / 1 N2 = 38.2 0/0 The calorific value is around 3,000 kcal / mj. If you pass this gas into a gas separation plant and remove the carbon oxide and also the nitrogen to a certain extent, you get a detoxified town gas according to the following composition C "H. = 1.6 0/0 0, = 0.2 O 1 r 0 C 0 _ @ 0.5 0/0 H2 = 54.311 / 0 CH4 = 26.61 ; `0 N. @ = 16.8 00 The upper calorific value of this gas is about 443o kcal / ms.

Claims

PATENT CLAIMS r. Process for the production of a detoxified strong gas through gasification of bituminous fuels or degassing residues under Pressure according to patent 592 223, characterized in that the pressure gasification by means of Air and for the formation of substantial amounts of methane and other hydrocarbon compounds sufficient amounts of water vapor takes place and that carbon monoxide and nitrogen in a downstream gas separation plant from the generated gas.

2. The method according to claim i, characterized in that the separated carbon monoxide catalytically converted into methane and / or hydrogen and the strong gas before or after is added back to the cutting plant.

3. The method according to claim r and 2, characterized in that the gas separation after long-distance transportation of the raw gas freed from carbonic acid and only carried out on that part of the gas -% 5, ird, which is intended for use as town gas and for similar purposes. q .. The method according to claim z to 3, characterized in that prior to dismantling of the raw gas catalytically converts part of its carbon monoxide content into hydrogen or methane is implemented.