EP2229429A2 - Entfernung von flüssigasche und alkalien aus einem synthesegas - Google Patents

Entfernung von flüssigasche und alkalien aus einem synthesegas

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EP2229429A2
EP2229429A2 EP08864799A EP08864799A EP2229429A2 EP 2229429 A2 EP2229429 A2 EP 2229429A2 EP 08864799 A EP08864799 A EP 08864799A EP 08864799 A EP08864799 A EP 08864799A EP 2229429 A2 EP2229429 A2 EP 2229429A2
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EP
European Patent Office
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synthesis gas
oxygen
reactor
gasification
slag
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08864799A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Domenico Pavone
Michael Rieger
Ralf Abraham
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Uhde GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0993—Inert particles, e.g. as heat exchange medium in a fluidized or moving bed, heat carriers, sand

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of synthesis gas from a carbonaceous fuel, such as all types of coals, coke, petroleum coke, biomass, but also emulsions, orimulsion, etc.
  • a carbonaceous fuel such as all types of coals, coke, petroleum coke, biomass, but also emulsions, orimulsion, etc.
  • synthesis gas can be directly after the production easy to clean without further cooling down. As a result, the heat energy of the gas can be better utilized.
  • the invention also relates to a device with which this method can be implemented and uses with respect to the getter ceramics used.
  • the synthesis gas is used to recover important chemicals such as ammonia or methanol.
  • the damaging or interfering components contained in the synthesis gas must be removed from the synthesis gas to carry out the necessary process steps.
  • the synthesis gas is often mixed to deliver the high internal energy with a cooler foreign medium. This process is also called quenching process.
  • a foreign medium usually water is used. But can also be used other substances, such as nitrogen or carbon dioxide.
  • the synthesis gas is significantly cooled down.
  • the quenching process is often followed by further process steps requiring further cooling of the synthesis gas. These are, for example, washing processes for removing acid gases.
  • CONFIRM ⁇ ON COPY If the pressure is high, the use of a turbine to obtain kinetic rotational energy is also possible. The kinetic rotational energy of the turbine in turn can be used to generate electricity or to drive plant aggregates. This makes the process for the production of synthesis gas economically favorable. Such a process can be used for the combined production of synthesis gas and electric power.
  • the synthesis gas obtained can be used without a further step of cooling to drive the turbine.
  • the harmful liquid and gaseous constituents of the synthesis gas could be removed without cooling and without changing the state of aggregation. Because liquid droplets and corrosive vapors would lead to erosion and corrosion damage to the turbine blades.
  • US Pat. No. 4,482,358 A describes a process for the production of synthesis gas, which passes the synthesis gas through a cyclone-type pressure vessel in which a solid bed of different size distributions is circulated. When flowing through the solid bed, the entrained solid and slag solids solidify and are discharged from the system. By using a slag breaker, the solids can be crushed and reused. Both the gas and the crushed slag can be passed through heat exchangers that can be used to drive a turbine to generate electricity. Before passing through the pressure vessel, the synthesis gas is subjected to a cooling process with water. The disadvantage of this system is that water must be used to cool the synthesis gas. Another disadvantage is that steam must be generated to drive the turbine. A removal of the metal compounds from the synthesis gas is not described.
  • EP 412 591 B1 describes a process for the separation of alkali and heavy metal compounds from hot gases.
  • the hot gases accumulate as combustion gases during the combustion of fossil fuels and are used to drive a gas turbine with the purpose of power generation.
  • the combustion gases are treated with a sorbent before entering the gas turbine. This is suspended in the stream of hot gases.
  • the state of the suspension is described as the state of a fly-ash cloud or an expanded fluidized bed of the sorbent.
  • the sorbent can be made of SiIi- ciumdioxid, alumina, magnesium aluminates, magnesium aluminosilicates or calcium aluminosilicates exist.
  • the combination of alkali deposition with the production of synthesis gas is not described.
  • a removal of fly ash or the liquefied slag from the hot gas is not described.
  • the object of the invention is therefore to provide methods and devices that liberate the synthesis gas from a gasification process of the entrained liquid slags and alkalis without having to accept a cooling down or relaxing the gas in purchasing.
  • a turbine to generate rotational energy, this should not start any encrustations and should not suffer corrosion or material erosion due to the action of the hot synthesis gas.
  • the object is achieved by a process for the production of synthesis gas by gasification with air or oxygen or oxygen-enriched air and water vapor, wherein
  • a solid or liquid carbonaceous fuel is added to a reactor in which the fuel is reacted with air or oxygen or oxygen-enriched air and with steam at elevated temperature to a synthesis gas consisting essentially of hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide, and
  • the synthesis gas obtained is carried out in any direction from the reactor,
  • these fuels are fed before use of a suitable device for crushing.
  • a suitable device for crushing This can be, for example, a ball mill or a vertical mill. But this can also be a shredder or a milling device.
  • water vapor-containing air is used as the combustion gas, which reacts with the carbon of the fuel predominantly to carbon monoxide and hydrogen.
  • the combustion gas can also be enriched with oxygen.
  • the combustion gas is supplied in particular under elevated pressure.
  • the fuel is preferably pneumatically fed into the gasification reactor. However, it is also possible to feed the fuel through a screw or a conveyor belt in the gasification reactor. If the fuel is added to the reactor in the form of a slurry or emulsion, it may also be pumped into the reactor.
  • the synthesis gas is carried out elsewhere from the reactor. This is preferably done laterally. However, the execution of the synthesis gas can also be carried out on the reactor at any point. Immediately afterwards the separation of the liquid components must take place.
  • the slag separation device is a cyclone-like device in which the hot gas makes a circular movement, so that a large part of the slag contained in the gas is deposited by the centrifugal forces on the walls.
  • the slag separation device contains a packed bed in which the slag is separated from the gas. The bed can be integrated in a cyclone, a corresponding device is described in DE 43 36 100 C1.
  • Further embodiments of the invention relate to the deposition of the vaporous alkalis.
  • the getter ceramic is added to the fuel as a powder, the gettering ceramic in the gasification chamber comes into contact with the resulting synthesis gas, and the removal of the alkalis from the synthesis gas takes place in the gasification chamber.
  • the gettering ceramic comes into contact with the synthesis gas as a bed in a device downstream of the slag separation device and the removal of the alkalis from the synthesis gas takes place in this downstream device.
  • the admixing of the getter materials can also take place after the gasification.
  • An object of the getter materials can be done by spraying or the like.
  • Further embodiments of the invention relate to the process parameters of the gasification.
  • fuel all materials can be used which contain solid carbonaceous materials which are suitable for gasification and reaction with a water vapor and oxygen-containing gas. This is especially fine ground coal with typical particle diameter. Suitable here are all types of coal. For example, crushed hard coal or lignite can be used. However, it is also possible to use comminuted plastics, petroleum coke, biological fuels such as comminuted wood or bitumen or other biomasses. The fuel can also be added in liquid form. These may be, for example, slurries or emulsions of finely divided substances, including orimulsion. Viscous fuels are also suitable in principle. Finally, all substances which can be reacted at elevated temperature to give a synthesis gas which consists essentially of carbon monoxide and hydrogen are suitable.
  • the gasification temperature should be between 800 and 1800 0 C, the pressure of 0.1 to 10 MPa be selected.
  • synthesis gas obtained by the gasification is subjected after slag and alkali deposition of a gas scrubbing to remove acidic gases, such as the removal of sulfur-containing components by chemisorb Schlierenders means.
  • the synthesis gas obtained by the gasification is passed after slag and alkali deposition through a hot gas turbine.
  • the synthesis gas obtained can be used for the synthesis of chemical products, for the production of metals by direct reduction, or for the production of energy in a gas turbine.
  • the invention also includes an apparatus for producing synthesis gas by gasification according to the method described above, comprising a reactor which is suitable for the gasification of carbonaceous fuels at high temperatures, and this reactor comprises a device for supplying air or oxygen or oxygen-enriched air and water vapor, and has a reaction space for the reaction of carbonaceous fuels, with an at least one stage hot gas cyclone is arranged directly downstream of the reactor having a liquid slag draw-off device or a Vorrich- arranged with a bed having a discharge device for liquid slag, or both, the order is selectable.
  • a device with a bed of getter ceramic can be provided directly after the slag separation device and a hot gas turbine can be mounted behind it.
  • the invention also includes the uses of the gettering ceramic.
  • the getter ceramic either silica or silicates or aluminates or alumina or compounds fertilize or mixtures thereof or any compounds of oxide and non-oxide ceramic. Further, it may contain transition metal-containing compounds.
  • the gettering ceramic is formed from aluminosilicates, with kaolin, emathlites, bentonites and montmorillonites being particularly preferred.
  • the getter ceramic is added to the fuel, it is powdery, otherwise it is introduced in the form of a highly porous solid particles in the form of a packed bed in the alkali.
  • the highly porous solid particles may be spheres, calipers, Raschig rings, Pall rings or cylindrical bodies, or any other shapes.
  • the particle diameters are usually between 2 mm and 100 mm and preferably 20 to 40 mm, most preferably 30 mm.
  • FIG. 1 shows in simplified form the process flow of a process according to the invention for the gasification and supply of synthesis gas, which uses the internal energy of the synthesis gas to generate electricity.
  • the fuel 1 is conveyed into the gasification reactor 2 where it is reacted with compressed, oxygen-enriched air 3 and steam 4 into a syngas 5 charged with slag droplets and alkali.
  • the carburetor can be provided with a slag discharge. Additives can be added after the carburetor.
  • the synthesis gas 5 is passed in a cyclone 6, where it is freed from the slag droplets and optionally alkalis.
  • the slag 7 is withdrawn liquid.
  • the thus cleaned hot gas 11 enters the hot gas turbine 12 and is relaxed there.
  • the relaxed and thereby cooled synthesis gas 13 is discharged for further use.
  • the shaft power of the hot gas turbine 12 serves to drive a compressor 14 and a generator 15.
  • the compressor 14 is used for compressing oxygen-enriched air 16. This is fed into the gasification reactor 2
  • reference numeral 1 a fuel with additive for alkalinity removal and by reference numeral 6, a bed or a cyclone with bed to be understood.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf, wobei ein fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff in einen Reaktor gegeben wird, in dem der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, und bei der Reaktion mineralische Schlacketröpfchen anfallen, die getrennt von dem erhaltenen Synthesegas aus dem Reaktor ausgeführt werden, und das erhaltene Synthesegas in beliebiger Richtung aus dem Reaktor ausgeführt wird, die im Synthesegas enthaltenen dampfförmigen Alkalien durch In-Kontakt-bringen mit Getterkeramik aus dem Synthesegas entfernt werden, und das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen als flüssige Schlacke abgezogen werden.

Description

Entfernung von Flüssigasche und Alkalien aus einem Synthesegas
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, wie etwa alle Arten von Kohlen, Koks, Petrol- koks, Biomasse, aber auch Emulsionen, Orimulsion etc. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich Synthesegas direkt nach der Herstellung ohne weiteres Herunterkühlen leicht reinigen. Dadurch kann die Wärmeenergie des Gases besser genutzt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, mit der sich dieses Verfahren umsetzen lässt sowie Verwendungen bezüglich der eingesetzten Getterkeramiken.
[0002] Bei der Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenstoffhaltigen Brenn- stoff wird der Brennstoff mit einem wasserdampf- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas in einem hierzu geeigneten Reaktor umgesetzt. Bei diesem Prozess fallen neben dem Synthesegas auch mineralische Flüssigaschen und Schlacken an, die in der Regel aus Aerosolen oder Tröpfchen bestehen. Einige dieser Flüssigaschen verdampfen teilweise und bilden Alkaliendämpfe. Für die weitere Verwendung sind diese Komponenten meist sehr störend, da sie die Anlagenteile der weiteren Prozesseinrichtungen beschädigen oder beeinträchtigen können.
[0003] Vielfach wird das Synthesegas zur Gewinnung von wichtigen Chemikalien wie Ammoniak oder Methanol eingesetzt. Die in dem Synthesegas enthaltenen schädigenden bzw. beeinträchtigenden Bestandteile müssen zur Durchführung der notwendi- gen Verfahrensschritte aus dem Synthesegas entfernt werden. Hierzu wird das Synthesegas häufig zur Abgabe der hohen inneren Energie mit einem kühleren Fremdmedium vermischt. Dieser Prozess wird auch Quenchprozess genannt. Als Fremdmedium kommt in der Regel Wasser zum Einsatz. Verwendet werden können aber auch andere Stoffe, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid. Bei diesem Verfahrensschritt wird das Synthesegas deutlich heruntergekühlt. Dem Quenchprozess folgen häufig weitere Verfahrensschritte, die eine noch weitere Abkühlung des Synthesegases erfordern. Dies sind beispielsweise Waschprozesse zur Entfernung von Sauergasen.
[0004] Bei diesen Verfahrensschritten geht ein großer Teil der Arbeitsfähigkeit aus Wärmeenergie, die in dem Synthesegas enthalten ist, nutzlos verloren. Für die weitere Verwendung werden jedoch oft hohe Temperaturen benötigt. Das benötigte Synthesegas muss dann wieder aufgeheizt werden, wozu viel Energie benötigt wird. Günstiger wäre es, wenn das erhaltene Synthesegas ohne einen weiteren Prozesschritt der Kühlung weiterverwendet würde. Da das Gas direkt nach der Herstellung auch unter ho-
CONFIRMÄΠON COPY hem Druck steht, ist auch die Verwendung einer Turbine zur Gewinnung von kinetischer Rotationsenergie möglich. Die kinetische Rotationsenergie der Turbine wiederum kann zur Erzeugung von Strom oder zum Antrieb von Anlagenaggregaten verwendet werden. Dies gestaltet den Prozess zur Herstellung von Synthesegas wirtschaftlich günstig. Ein solcher Prozess kann zur kombinierten Herstellung von Synthesegas und elektrischem Strom verwendet werden.
[0005] Vorraussetzung hierfür ist allerdings, dass das erhaltene Synthesegas ohne einen weiteren Schritt der Kühlung zum Antrieb der Turbine verwendet werden kann. Hierfür wäre es vorteilhaft, wenn die schädlichen flüssigen und gasförmigen Be- standteile des Synthesegases ohne Abkühlung und ohne Änderung des Aggregatszustandes entfernt werden könnten. Denn Flüssigkeitströpfchen und korrosive Dämpfe würden durch Erosion und Korrosion zu Beschädigungen der Turbinenschaufeln führen.
[0006] Die US 4,482,358 A beschreibt einen Prozess zur Herstellung von Synthe- segas, der das Synthesegas durch ein zyklonartiges Druckgefäß führt, in dem ein Feststoffbett verschieden großer Korngrößenverteilungen zirkuliert. Beim Durchströmen des Feststoffbettes verfestigen sich die mitgeführten Feststoff- und Schlacketeile und werden aus dem System ausgeschleust. Durch Verwendung eines Schlackebrechers können die Feststoffe zerkleinert und wiederverwendet werden. Sowohl das Gas als auch die zerkleinerte Schlacke können durch Wärmetauscher geleitet werden, die zum Antrieb einer Turbine zur Stromerzeugung genutzt werden können. Vor der Durchleitung durch das Druckgefäß wird das Synthesegas einem Kühlungsprozess mit Wasser unterzogen. Nachteilig ist an diesem System, dass zur Kühlung des Synthesegases Wasser verwendet werden muss. Nachteilig ist außerdem, dass zum Antrieb der Turbine Dampf erzeugt werden muss. Eine Entfernung der Metallverbindungen aus dem Synthesegas wird nicht beschrieben.
[0007] Die EP 412 591 B1 beschreibt einen Prozess zur Abscheidung von Alkali- und Schwermetallverbindungen aus heißen Gasen. Die heißen Gase fallen als Verbrennungsgase bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen an und werden zum Antrieb einer Gasturbine mit dem Zweck der Stromerzeugung genutzt. Um eine Korrosion der Gasturbine durch die in den Verbrennungsgasen enthaltenen Metallsalze zu verhindern, werden die Verbrennungsgase vor dem Eintritt in die Gasturbine mit einem Sorptionsmittel behandelt. Dieses wird in dem Strom der heißen Gase suspendiert. Der Zustand der Suspension wird als Zustand einer Flugstaubwolke oder einer expandier- ten Wirbelschicht des Sorptionsmittels beschrieben. Das Sorptionsmittel kann aus SiIi- ciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumaluminaten, Magnesiumalumosilikaten oder Calciumalumosilikaten bestehen. Die Kombination der Alkaliabscheidung mit der Herstellung von Synthesegas wird nicht beschrieben. Auch eine Entfernung von Flugasche oder der verflüssigten Schlacke aus dem heißen Gas wird nicht beschrieben.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die das Synthesegas aus einem Vergasungsprozess von den mitgeführten flüssigen Schlacken und Alkalien befreien, ohne ein Herunterkühlen oder Entspannen des Gases in Kauf nehmen zu müssen. Bei Einsatz einer Turbine zur Erzeugung von Rotationsenergie soll diese keine Verkrustungen ansetzen und nicht durch die Einwirkung des heißen Synthesegases Korrosion oder Materialerosion erleiden.
[0009] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf, wobei
• ein fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff in einen Reaktor gegeben wird, in dem der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, und
• bei der Reaktion mineralische Schlacketröpfchen anfallen, die getrennt von dem erhaltenen Synthesegas aus dem Reaktor ausgeführt werden, und
• das erhaltene Synthesegas in beliebiger Richtung aus dem Reaktor ausgeführt wird,
• die im Synthesegas enthaltenen dampfförmigen Alkalien durch In-Kontakt-bringen mit Getterkeramik aus dem Synthesegas entfernt werden, und
• das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen als flüssige Schlacke abgezogen werden.
[0010] Bevorzugt werden diese Brennstoffe vor der Verwendung einer geeigneten Vorrichtung zum Zerkleinern zugeführt. Dies kann beispielsweise eine Kugelmühle o- der eine Vertikalmühle sein. Dies kann aber auch ein Häcksler oder eine Fräseinrichtung sein. Dadurch wird der für den Vergasungsprozess notwendige Teilchendurch- messer eingestellt. Als Verbrennungsgas wird insbesondere wasserdampfhaltige Luft verwendet, die mit dem Kohlenstoff des Brennstoffes überwiegend zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff reagiert. Das Verbrennungsgas kann aber auch Sauerstoff-angerei- chert sein. Das Verbrennungsgas wird insbesondere unter erhöhtem Druck zugeführt. Der Brennstoff wird bevorzugt pneumatisch in den Vergasungsreaktor geführt. Es ist jedoch auch möglich, den Brennstoff durch eine Schnecke oder ein Transportband in den Vergasungsreaktor zu fördern. Wird der Brennstoff in Form einer Aufschlämmung oder einer Emulsion in den Reaktor gegeben, so kann dieser auch in den Reaktor gepumpt werden.
[0011] Das Synthesegas wird an anderer Stelle aus dem Reaktor ausgeführt. Dies geschieht bevorzugt seitlich. Auch die Ausführung des Synthesegases kann jedoch an dem Reaktor an beliebiger Stelle erfolgen. Direkt im Anschluss daran muss die Abscheidung der flüssigen Bestandteile erfolgen. In Ausgestaltungen der Erfindung wird daher vorgesehen, dass die Schlackeabscheidevorrichtung eine zyklonartige Vorrich- tung ist, in der das heiße Gas eine kreisförmige Bewegung ausführt, so dass ein Großteil der in dem Gas enthaltenen Schlacke durch die Fliehkräfte an den Wänden abgeschieden wird. Alternativ oder zusätzlich wird vorgesehen, dass die Schlackeabscheidevorrichtung eine Schüttschicht enthält, in der sich die Schlacke aus dem Gas abscheidet. Die Schüttung kann in einem Zyklon integriert sein, eine entsprechende Vorrichtung wird in der DE 43 36 100 C1 beschrieben.
[0012] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Abscheidung der dampfförmigen Alkalien. Hierzu kann vorgesehen werden, dass die Getterkeramik als Pulver dem Brennstoff zugemischt wird, die Getterkeramik im Vergasungsraum mit dem entstandenen Synthesegas in Kontakt kommt, und die Entfernung der Alkalien aus dem Synthesegas im Vergasungsraum erfolgt. Alternativ oder additiv hierzu kann auch vorgesehen werden, dass die Getterkeramik als Schüttung in einer der Schlackeabscheidevorrichtung nachgeschalteten Vorrichtung mit dem Synthesegas in Kontakt kommt und die Entfernung der Alkalien aus dem Synthesegas in dieser nachgeschalteten Vorrichtung erfolgt. Ferner kann die Zumischung der Gettermaterialien auch nach der Vergasung erfolgen. Eine Aufgabe der Gettermaterialien kann durch Einsprü- hung oder dergleichen erfolgen.
[0013] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verfahrensparameter der Vergasung. Als Brennstoff können alle Materialien eingesetzt werden, die feste kohlenstoffhaltige Materialien enthalten, die zur Vergasung und Umsetzung mit einem wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas geeignet sind. Dies ist insbesondere fein- gemahlene Kohle mit typischem Teilchendurchmesser. Geeignet sind hier alle Kohlearten. So können beispielsweise zerkleinerte Steinkohle oder Braunkohle eingesetzt werden. Es können aber auch zerkleinerte Kunststoffe, Petrolkoks, biologische Brennstoffe wie zerkleinertes Holz oder Bitumen oder sonstige Biomassen eingesetzt wer- den. Der Brennstoff kann auch in flüssiger Form zugegeben werden. Dies können beispielsweise Aufschlämmungen oder Emulsionen von feinteiligen Substanzen sein, auch Orimulsion. Auch viskose Brennstoffe sind prinzipiell geeignet. Geeignet sind letztlich alle Stoffe, die bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt werden können, das im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Die Vergasungstemperatur soll zwischen von 800 und 1800 0C betragen, der Druck von 0,1 bis 10 MPa gewählt werden.
[0014] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die weiteren Behandlungsmöglichkeiten des erhaltenen Synthesegases. So kann vorgesehen werden, dass das durch die Vergasung erhaltene Synthesegas nach Schlacke- und Alkali- abscheidung einer Gaswäsche zur Entfernung saurer Gase unterzogen wird, etwa zur Entfernung schwefelhaltiger Bestandteile mittels chemisorbierenders Mittel.
[0015] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die weiteren Einsatzmöglichkeiten des erhaltenen Synthesegases. So kann vorgesehen werden, dass das durch die Vergasung erhaltene Synthesegas nach Schlacke- und Alkaliabscheidung durch eine Heißgasturbine geleitet wird. An die Heißgasturbine kann ein Generator zur Stromerzeugung angeschlossen sein, mit dem Strom erzeugt wird, oder ein Kompressor zur Verdichtung der Verbrennungsluft für die Vergasung. Dadurch dass das Heißgas Arbeit leistet, kühlt es sich ab. Nach weiterer Energieabgabe, etwa zur Dampferzeugung, kann das erhaltene Synthesegas zur Synthese von chemischen Erzeugnis- sen, zur Herstellung von Metallen durch Direktreduktion, oder zur Energieerzeugung in einer Gasturbine verwendet werden.
[0016] Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren, die einen Reaktor aufweist, der zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, und dieser Reaktor eine Vorrichtung zur Zuführung von Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf besitzt, und einen Reaktionsraum zur Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen besitzt, wobei direkt im Anschluss an den Reaktor ein mindestens einstufiger Heißgaszyklon angeordnet ist, der eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist oder eine Vorrich- tung mit einer Schüttung angeordnet ist, die eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist, oder beides, wobei die Reihenfolge wählbar ist.
[0017] In Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann direkt im An- schluss die Schlackeabscheidevorrichtung eine Vorrichtung mit einer Schüttung von Getterkeramik vorgesehen werden und dahinter eine Heißgasturbine angebracht werden.
[0018] Die Erfindung beinhaltet auch die Verwendungen der Getterkeramik. Hinsichtlich des einzusetzenden Materials hierfür ist vorgesehen, dass die Getterkeramik entweder Siliciumdioxid oder Silikate oder Aluminate oder Aluminiumoxid oder Verbin- düngen oder Mischungen daraus oder beliebige Verbindungen aus Oxid und Nicht- oxidkeramik enthält. Ferner kann sie übergangsmetallhaltige Verbindungen enthalten. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Getterkeramik aus Aluminosilikaten gebildet wird, wobei Kaolin, Emathlite, Bentonite und Montmorillonite besonders bevorzugt werden.
[0019] Weitere Verwendungen betreffen die Form der Getterkeramik. Sofern die Getterkeramik dem Brennstoff zugemischt wird, ist sie pulverförmig, ansonsten wird sie in Form von hochporösen Feststoffpartikeln in Form einer Schüttschicht in dem Alkaliabscheider eingebracht. Bei den hochporösen Feststoffpartikeln kann es sich um Kugeln, Sattelkörper, Raschigringe, Pallringe oder zylindrische Körper handeln, oder auch um beliebige andere Formen. Die Teilchendurchmesser betragen üblicherweise zwischen 2 mm und 100 mm und bevorzugt 20 bis 40 mm, am besten 30 mm.
[0020] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand einer Zeichnung genauer erläutert, wobei die Ausführungsform nicht auf diese Zeichnung beschränkt ist.
[0021] FIG. 1 zeigt vereinfacht den Prozessfluss eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Vergasung und Bereitstellung von Synthesegas, das die innere Energie des Synthesegases zur Erzeugung von Elektrizität nutzt. Der Brennstoff 1 wird in den Vergasungsreaktor 2 gefördert und dort mit verdichteter, sauerstoffangereicherter Luft 3 und Wasserdampf 4 zu einem mit Schlacketröpfchen und Alkali beladenen Synthesegas 5 umgesetzt. Der Vergaser kann mit einem Schlackeaustrag versehen wer- den. Additive können nach dem Vergaser aufgegeben werden. Das Synthesegas 5 wird in einem Zyklon 6 geleitet, wo es von den Schlacketröpfchen und gegebenenfalls Alkalien befreit wird. Die Schlacke 7 wird flüssig abgezogen. Das so entschlackte Syn- thesegas 8 gelangt in einen Behälter 9 mit einer Getterkeramikschüttung 10. Dort wird es von den mitgeführten Alkalidämpfen befreit. Das so gereinigte Heißgas 11 gelangt in die Heißgasturbine 12 und wird dort entspannt. Das entspannte und dadurch abgekühlte Synthesegas 13 wird zur weiteren Verwendung abgeleitet. Die Wellenleistung der Heißgasturbine 12 dient zum Antrieb eines Kompressors 14 und eines Generators 15. Der Kompressor 14 wird zum Komprimieren sauerstoffangereicherter Luft 16 genutzt. Diese wird in den Vergasungsreaktor 2 geführt
[0022] Das folgende Zahlenbeispiel dient dazu, die Wirkungen der Erfindung darzustellen. Bei der Kohlevergasung werden zwischen 8 und 40 g/m3 (gerechnet im Normzustand) an Flüssigaschepartikeln und bis zu 200 mg/m3 (gerechnet im Normzustand) an Alkalidämpfen in das Rohgas freigesetzt. Beim Eintritt in den Zyklon 6 sind dies im Synthesegas 5 noch zwischen 4 und 20 g/m3 (gerechnet im Normzustand) an Flüssigaschepartikeln und bis zu 90 mg/m3 (gerechnet im Normzustand) an Alkalidämpfen. Beim Eintritt in die Heißgasturbine 12 befinden sich weniger als 5 mg/m3 (ge- rechnet im Normzustand) an Flüssigaschepartikeln und weniger als 0,013 mg/m3 (gerechnet im Normzustand) an Alkalidämpfen im Heißgas 11.
[0023] Bezugszeichenliste
1 Brennstoff
2 Vergasungsreaktor
3 verdichtete, sauerstoffangereicherte Luft
4 Wasserdampf
5 Synthesegas
6 Zyklon
7 Schlackeabzug
8 entschlacktes Synthesegas
9 Behälter
10 Getterkeramikschüttung
11 Heißgas
12 Heißgasturbine
13 abgekühltes Synthesegas
14 Kompressor
15 Generator
16 sauerstoffangereicherte Luft
17 Additiveintrag 18 Schlackeaustrag
[0024] Alternativ kann unter dem Bezugszeichen 1 auch ein Brennstoff mit Additiv zur Alkalienentfernung und unter Bezugszeichen 6 eine Schüttung oder ein Zyklon mit Schüttung verstanden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf, wobei
• ein fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Brennstoff in einen Reaktor ge- geben wird, in dem der Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur zu einem Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, und
• bei der Reaktion mineralische Schlacketröpfchen anfallen, die getrennt von dem erhaltenen Synthesegas aus dem Reaktor ausgeführt werden, und
• das erhaltene Synthesegas in beliebiger Richtung aus dem Reaktor ausgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
• die im Synthesegas enthaltenen dampfförmigen Alkalien durch In-Kontakt- bringen mit Getterkeramik aus dem Synthesegas entfernt werden, und
• das Synthesegas ohne vorherige Kühlung in eine Schlackeabscheidevorrichtung geleitet wird, in der Schlacketröpfchen als flüssige Schlacke abgezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackeab- scheidevorrichtung eine zyklonartige Vorrichtung ist, die auch eine Schüttung enthalten kann, in der das heiße Gas eine kreisförmige Bewegung ausführt, so dass ein Großteil der in dem Gas enthaltenen Schlacke durch die Fliehkräfte an den Wänden abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackeab- scheidevorrichtung eine Schüttschicht enthält, in der sich die Schlacke aus dem
Gas abscheidet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik als Pulver oder Additiv dem Brennstoff zugemischt wird, die Getter- keramik im Vergasungsraum mit dem entstandenen Synthesegas in Kontakt kommt, und die Entfernung der Alkalien aus dem Synthesegas im Vergasungsraum erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik als Schüttung in einer der Abscheidevorrichtung nachgeschalteten
Vorrichtung mit dem Synthesegas in Kontakt kommt und die Entfernung der Alkalien aus dem Synthesegas in dieser nachgeschalteten Vorrichtung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoffe Kohle, Kohleemulsion, Kohleaufschlämmung, Petrolkoks, biologische Brennstoffe oder Kunststoffe in zerkleinerter Form eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung bei einer Temperatur von 800 bis 1800 0C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung bei einem Druck von 0,1 bis 10 MPa durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Vergasung erhaltene Synthesegas nach Schlacke- und Alkaliab- scheidung ein chemisorbierendes Mittel zur Entfernung schwefelhaltiger Bestandteile zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Synthesegas nach der Reinigung von Schlacke, Alkalien und gegebenenfalls schwefelhaltigen Substanzen durch eine Heißgasturbine geleitet wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Heißgasturbine ein Generator zur Stromerzeugung angeschlossen ist, mit dem Strom erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Heißgasturbine ein Kompressor zur Verdichtung der Verbrennungsluft für die Vergasung angetrieben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Synthesegas zur Synthese von chemischen Erzeugnissen, zur Herstellung von Metallen durch Direktreduktion, oder zur Energieerzeugung verwendet wird.
14. Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung gemäß einem Verfahren nach Anspruch 2, die einen Reaktor aufweist, der zur Vergasung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, und dieser Reaktor eine Vorrichtung zur Zuführung von Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf besitzt, und einen Reaktionsraum zur Umsetzung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem wasserdampf- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss an den Reaktor ein mindestens einstufiger Heißgaszyklon angeordnet ist, der eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist.
15. Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung gemäß einem Ver- fahren nach Anspruch 2, die einen Reaktor aufweist, der zur Vergasung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, und dieser Reaktor eine Vorrichtung zur Zuführung von Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf besitzt, und einen Reaktionsraum zur Umsetzung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem wasserdampf- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss an den Reaktor ein mindestens einstufiger Heißgaszyklon angeordnet ist, in dem eine Schüttung enthalten ist und der eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist.
16. Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas durch Vergasung gemäß einem Ver- fahren nach Anspruch 3, die einen Reaktor aufweist, der zur Vergasung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bei hohen Temperaturen geeignet ist, und dieser Reaktor eine Vorrichtung zur Zuführung von Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie Wasserdampf besitzt, und einen Reaktionsraum zur Umsetzung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einem wasserdampf- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss an den Reaktor eine Vorrichtung mit einer Schüttung angeordnet ist, die eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss an den Reaktor sowohl ein mindestens einstufiger Heißgaszyklon als auch eine Vorrichtung mit einer Schüttung angeordnet sind, die jeweils eine Abzugseinrichtung für flüssige Schlacke aufweisen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss die Schlackeabscheidevorrichtung eine Vorrichtung mit einer Schüttung von Getterke- ramik vorgesehen wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich hinter der Vorrichtung zur Reinigung des Synthesegasstromes von
Schlacken und Alkalien eine Heißgasturbine befindet.
20. Verwendung von Getterkeramik zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik entweder Siiiciumdi- oxid oder Silikate oder Aluminate oder Aluminiumoxid oder Verbindungen oder Mi- schungen daraus oder beliebige Verbindungen aus Oxid und Nichtoxidkeramik enthält.
21. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik übergangsmetallhaltige Verbindungen enthält.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik aus Aluminosilikaten gebildet wird, wobei Kaolin, Emathli- te, Bentonite und Montmorillonite bevorzugt werden.
23. Verwendung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik in Form von hochporösen Feststoffpartikeln in Form einer Schüttschicht in dem Alkaliabscheider untergebracht ist.
24. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den hochporösen Feststoffpartikeln um Kugeln, Sattelkörper, Raschigringe, Pallringe oder zylindrische Körper handelt.
25. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik in Form von hochporösen keramischen Formkörpern in dem Alkaliabscheider untergebracht oder aufgehängt ist.
26. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik einen Teilchendurchmesser von 2 mm bis 100 mm besitzt.
27. Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Getterkeramik einen Teilchendurchmesser von 20 bis 40 mm besitzt.
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