DE908491C

DE908491C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kohlenoxydreichem Gas aus Erdgas und anderen wasserstoffreichen, vorzugsweise gasfoermien Brennstoffen, insbesondere zur Verwendung als Reduktionsmittel fuer Erze

Info

Publication number: DE908491C
Application number: DED10199A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Johswich
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1951-09-13
Filing date: 1951-09-13
Publication date: 1954-04-05

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kohlenoxydreichem Gas aus Erdgas und anderen wasserstoffreichen, vorzugsweise gasförmigen Brennstoffen, insbesondere zur Verwendung als Reduktionsmittel für Erze Für verschiedene Zwecke, beispielsweise für die Erzeugung von Eisenschwamm oder sonstigen metallischen Eisen aus oxvdischen Eisenerzen ist es erforderlich, ein Gas herzustellen, welches viel Kohlenoxyd neben verhältnismäßig wenig Wasserstoff enthält. Bei der Herstellung von metallischem Eisen ist die Notwendigkeit hierfür dadurch gegeben, daß die Reduktion von Eisenoxyd exotherm verläuft, wenn sie mit Kohlenoxyd durchgeführt wird, während sie stark endotherin ist, wenn man Wasserstoff zum Reduzieren anwendet. Zur Erzielung einer für den Prozeß geeigneten Wärmebilanz muß deshalb (las für die Reduktion verwendete Gas Kohlenoxvd und Wasserstoff in einem bestimmten Verhältnis enthalten, welches beispielsweise 3 : r sein kann. Die Erfindung bezweckt, auch aus wasserstoffreichen Brennstoffen, z. B. Erdgas, ein Gas zu erzeugen, welches einen hohen Kohlenoxydgehalt besitzt, wobei dieses nicht nur für die Reduktion von Eisenoxyd, sondern auch für alle möglichen anderen chemischen Prozesse, wie Benzinsvnthese usw., verwendet werden kann.
Diese Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, daß flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe bei hoher Temperatur fast vollständig in Kohlenstoff und Wasserstoff aufgespalten werden können und man einen Teil des Wasserstoffes auf diese Art vorher entfernen kann.
So wird beispielsweise natürliches Erdgas, welches neben Methan meist auch höhere Kohlenwasserstoffe, wie Äthan, Propan, Butan usw., enthält, zunächst bei einer Temperatur zwischen i2oo und id.oo° aufgespalten.
Die Spaltung wird mit Hilfe von beweglichen Wärmeträgern besonders zweckmäßig und in durchlaufender Arbeitsweise ausgeführt.
Der bei der Spaltung der Kohlenwasserstoffe gewonnene Wasserstoff wird in einer Erhitzerkammer zum Aufheizen der beweglichen Wärmeträger benutzt. Der ausgeschiedene Kohlenstoff fällt als Koks oder Ruß an und wird aus der Spaltkammer zusammen mit den heißen Wärmeträgern abgezogen, worauf er in eine Vergasungskammer gelangt, in welche das als Vergasungsmittel benutzte und vorher entwässerte Kreislaufgas sowie zur Einstellung des Wasserstoffgehaltes unbehandeltes Erdgas eingeleitet werden.
Unter Kreislaufgas wird ein aus dem hergestellten Gas nach dessen Verwendung für chemische Umsetzungen in einem Reduktionsschacht, Syntheseofen oder sonstigen Reaktor abgezweigter Anteil verstanden. der als Vergasungsmittel wiederverwendet wird.
In einer vierten, der Vorwärmkammer, wird das Vergasungsmittel bereits auf Vergasungstemperatur vorgeheizt und in einer fünften Kammer die für die Verbrennung des frei gemachten Wasserstoffs in der Erhitzerkammer benötigte Luft.
Es ist auf diese Weise möglich, aus jedem Brennstoff beliebigen Wasserstoff- und Kohlenstoffgehalts ein Gas von beliebigem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis zu erzeugen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, nach welchem ein kohlenoxydreiches Gas aus Erdgas mit Hilfe von senkrecht übereinanderstellenden Kammern oder Schächten hergestellt wird.
Die Einrichtung besteht aus den übereinanderstehenden Kammern i bis 5, welche von dem beweglichen Wärmeträger der Reihe nach von oben nach unten durchlaufen werden. Als Wärmeträger können Körner, Kugeln, Holilkörper beliebiger Form benutzt werden, welche die nötige Temperaturbeständigkeit aufweisen. Es können z. B. keramische Massen, Metalle, Metalloxyde, auch Gemische dieser Stoffe benutzt werden. Ferner können Massen mit katalytischer Wirksamkeit zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit verwendet werden.
Die Wärmeträger werden bei io in die Kammer i eingeführt und durch Wasserstoff erhitzt, der aus der Kammer 2 aufsteigt und mit Hilfe von Luft aus der Leitung i i verbrannt wird. Gegebenenfalls kann zur Unterstützung noch Erdgas aus der Leitung 12 eingeleitet und verbrannt werden. Die dabei entstandenen Rauchgase ziehen beispielsweise mit einer etwa bei 70o bis 80o° liegenden Temperatur durch die Leitung 13 ab und können in einem Wärmeaustauscher, z. B. Abhitzekessel, weiterverwendet werden. Die auf etwa 1q00° erhitzten Wärmeträger gelangen durch die Verbindung 15 in die Kammer 2, in welche das umzuwandelnde Erdgas durch die Leitung 16 eingeführt wird. Unter der Einwirkung der hohen Temperatur und gegebenenfalls der katalytischen Wirkungen des Wärmeträgers erfolgt eine Aufspaltung des Erdgases in Wasserstoff, der, wie bereits beschrieben. zur Erhitzung der Wärmeträger benutzt wird, und in Kohlenstoff, welcher sich im allgemeinen in Form von Koks oder Ruß auf den Wärmeträgern niederschlagen wird. Mit diesen gelangt er durch die Verbindung 18 in die Kammer 3. In dieser Kammer wird der Kohlenstoff vergast. Der nötige Sauerstoff wird über die Verbindung i9 aus der Kammer q. in Form von Kreislaufgas zugeführt, welches in die Kammer q. bei 2o eintritt, in dieser Kammer vorgewärmt wird und dann mit etwa 1100'J in die Kammer 3 eintritt. Das mit Hilfe dieses Kreislaufgases aus dem Kohlenstoff gewonnene Synthese- bzw. Reduktionsgas wird bei 21 abgezogen und gelangt dann, je nach dem Verwendungszweck gekühlt oder umgekühlt, in einen Syntheseofen, einen Erzreduktionsschacht od. dgl. Dabei wird ein Teil des Wasserstoffs in Wasserdampf umgewandelt. Auch wandelt sich der CO-Gehalt zum Teil in C02 um. Das iGas wird dann gekühlt und gegebenenfalls getrocknet, um einen Teil des Wasserdampfes auszuscheiden, tun dann schließlich bei 2o wiederum in die Vergasungseinrichtung einzutreten. Dabei wird in einem bestimmten Verhältnis frisches Erdgas beigemengt, um den Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases genau einzustellen.
Aus der Kammer q. gelangen die Wärmeträger durch die Verbindung 25 in die Kammer 5, in welcher sie zur Erhitzung der bei 26 eintretenden Kaltluft dienen, welche durch die Leitung i i als Verbrennungsluft der Kammer i zugeführt wird.
Die Wärmeträger verlassen bei 28 dieKammer 5 und werden dann durch einen Förderer 29 wieder zur Aufgabevorrichtung für die Kammer i gebracht.
Durch die Erfindung läß.t sich der Wasserstoffgehalt des Erdgases weitgehend reduzieren. Beispielsweise kann ein Erdgas von folgender Zusammensetzung benutzt werden: CH 4 91150/0, C2 H,J 2,1 °/ 0 , C 02 0,3'/0, 02 1,5'/0, N2 4,6.
Das aus diesem Erdgas nach Abspaltung des Wasserstoffs und Vergasung des Restkohlenstoffs entstehende Gas hat etwa folgende Zusammensetzung : C O 74,50/0, C02 0,41/o, H2 2.4.80/&, 11. ,0 0,3'/o und ist daher zur Anwendung für die Erzreduktion oder die Synthese vorzitglichgeeignet.
Nach oder Reduktion .der Erze bzw. der Svntlzese bzw. nach dem teilweisen Umsatz im Syntheseofen hat das Gas etwa folgende Zusammensetzung: C O 51,6%, CO.> 30,5%, H, 17e504, H, >O o,4 °/o.
Diese Zusammensetzung kann dadurch variiert und gesteuert werden, daß man Teilströme des Gases aus verschiedenen Stellen des Syntheseofens oder Reduktionsschachtes abzieht und dann wieder mischt.
Die Erfindung kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. So ist es z. B. möglich, den in der Spaltkammer 2 entstehenden Wasserstoff auch anderweitig zu benutzen und die Aufheizung .der Wärmeträger von außen oder von innen her durch beliebigen Brennstoff oder auch auf elektrischem @%'ege, z. B. induktiv, herbeizuführen. Das kann auch zusätzlich geschehen.
Die Kammern i bis 5 brauchen nicht senkrecht aufeinanderzustehen, obgleich das zumindest für die Kammern 2 bis ,4 besonders zweckmäßig ist. Zwischen den Kammern, insbesondere zwischen den Kammern 2 und 3, kann man schleusenartige Vori ichtungen oder Sperren anwenden, um eine Vermischung der Gase zu vermeiden. Besonders einfach ist die Anwendung einer Gassperre, wie sie bei 30 zwischen den Kammern a und 3 und bei 31 zwischen den Kammern :1. und 5 angedeutet ist. In die Verbindung 18 wird Reduktionsgas als Sperrgas eingeleitet, so daß der Übertritt von Wasserstoff aus der Kammer a in. die Vergasungskammer 3 verhindert wird. Bei der Sperre 31 wird zweckmäßig Kreislaufgas als Sperrgas benutzt. Durch Druckregelung, insbesondere mit Hilfe von selbsttätigen Druckreglern, wird dafür gesorgt, daß die einzelnen Kammern gegeneinander nur geringe Druckunterschiede aufweisen und unerwünschte Gasströmungen unterbunden werden.
Das Verfahren läßt sich mit verschiedenen Ausgangsgasen oder Dämpfen und für anderes zusammengesetztes Endgas anwenden, es ist auch nicht an bestimmte Drücke und Temperaturen oder Mengenverhältnisse gebunden. Beispielsweise kann man als Zusatz zu dem Vergasungsmittel in die Kammer .4 auch Kohlensäure, Wasserdampf und Sauerstoff oder Getnische dieser Stoffe einleiten.

Claims

PATE `TANSPRGCHE: i. Verfahren zur Herstellung von kohlenoxvdreichem Gas mit einem bestimmten Kohlenoxyd-Wa-sserstoff-Verhältnis aus Erdgas und anderen, wasserstoffreicheren, vorzugsweise gasförmigen Brennstoffen, insbesondere zur Verwendung als Reduktionsmittel für Erze, vorzugsweise Eisenerz, sowie zur Herstellung von Eisenschwamm, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffreiche Gas mit Hilfe von beweglichen Wärmeträgern bei hoher Temperatur in Wasserstoff und Kohlenstoff gespalten und der Kohlenstoffanteil mit den Wärmeträgern zusammen in eine Vergasungseinrichtung gebracht wird, in welcher der Kohlenstoff mit einem geeigneten Gemisch von Vergasungsmitteln und unv orbehandeltem Brennstoff zu dem Gas mit der gewünschten Zusammensetzung umgewandelt wird. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergasungsmittel das im Kreislauf geführte Gas dient, das aus dem hergestellten Gas nach dessen Verwendung für chemische Umsetzungen in einem Reaktor (Reduktionsschacht, Syntheseofen) entsteht und an verschiedenen Stellen desselben abgezogen wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergasungsmittel weitere Gase, wie z. B. Kohlensäure, Wasserdampf und Sauerstoff, beigemischt werden. q.. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anwendung von Wärmeträgern aus feuerfestem keramischem Material, Metallen, Metalloxyden oder Gemischen dieser Stoffe. 5. Verfahren nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeträger mit katalytischer Wirkung für die Spaltung und/oder Vergasung benutzt werden. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Spaltung entstehende Wasserstoff durch Verbrennung als Erhitzungsmittel für die Wärmeträger benutzt wird. 7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kammern übereinander angeordnet sind, welche die Wärmeträger nacheinander durchlaufen und in denen aufeinanderfolgend die Erhitzung, die Spaltung, die Vergasung, die Vorwärmung des Vergasungsmittels und die Ausnutzung eines Teiles der Restwärme der Wärmeträger erfolgt. B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungskammer (i) mit einem zusätzlichen Erhitzer, z. B. einem Erdgasbrenner, versehen ist. g. Verfahren nach Anspruch i bis 6 unter Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einzelnen der Kammern ein Sperrgas zur Verhütung unerwünschter Gasübertritte eingeleitet wird. io. Verfahren nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spaltkammer und der Vergasungskammer Reduktionsgas als Sperrgas eingeleitet wird. i i. Verfahren nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorwärmkammer für das Vergasungsmittel und dem Luftvorwärmer Kreislaufgas als Sperrgas verwendet wird.