DD208986A5 - Verfahren und anlage zur vergasung kohlehaltigen materials - Google Patents

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Abstract

In einem Verfahren zur Vergasung von kohlehaltigem Material zu einer hauptsaechlich aus CO u. H tief 2 bestehenden Gasmischung mit einem Gesamtanteil von CO tief 2 und H tief 2von weniger als 12% wird kohlehaltiges Material in stueckiger Form durch eine Schleuse in einen Reaktor von oben her bis zu einer vorgegebenen Fuellhoehe eingebracht. Das erzeugte Gas wird aus dem Reaktor in einer unter der Oberflaeche des kohlehaltigen Materials liegenden Hoehe abgezogen. Oxydationsmittel und/oder Waermeenergie wird ueber der Oberflaeche des kohlehaltigen Materials, jedoch unter der Hoehe des Gasauslasses des Reaktors zugefuehrt.

Description

Verfahren und Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung, welche vorzugsweise einen Gesamtgehalt an CO2 und H2 von weniger als 12 % besitzt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist seit langem bekannt, Kohle in Schachtöfen und Retorten zu vergasen und auch eine partielle Vergasung im Zusammenhang mit dem Verkoken durchzuführen· Der Nachteil der bekannten Verfahren beruht teilweise darauf, daß es unmöglich war, das Verhältnis zwischen CO und H2 in dem hergestellten Gas zu regeln, wobei der schwerwiegendste lachteil darin zu sehen ist, daß das Gas noch eine Anzahl von unerwünschten Substanzen wie beispielsweise Kohlenstoff, Alkohole, Phenole und Teer enthielt. Letzterer wird hauptsächlich dadurch erhalten, daß die Vergasung bei niedriger Temperatur, d« h. bei Temperaturen unter 1000 0C, und unter reduzierenden Bedingungen stattfindet.
Um diese Nachteile auszuschalten, wurden andere * Verfahren entwickelt, bei denen die Vergasung unter hohen Temperaturen und oxydierenden Bedingungen erfolgt, wie beispielsweise das Koppers-Totzek-Verfahren. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß infolge des thermodynamischen Gleichgewichts der H_0-Gehalt relativ hoch wird, was bedeutet, daß, um es beispielsweise zur Reduktion von Eisenerz verwenden zu können, das hier das auf diese Weise hergestellte Gas zuerst gekühlt, gewaschen und dann erneut erhitzt werden muß* Außerdem sind die Chancen einer Beeinflussung des Verhältnisses zwischen die Vergasung'sanlage verlassendem CO und Hp bei diesem Verfahren äußerst gering.
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Ziel der Erfindung;
Ziel der Erfindung ist es, die lachteile und Schwierigkeiten der vorgenannten Verfahren zu überwinden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein "Verfahren zu schaffen, daß eine bessere Regelung des Verhältnisses zwischen CO und H2 erlaubt und eine Entfernung der unerwünschten Substanzen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren erreicht, welches erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch' gekennzeichnet ist, daß kohlenhaltiges Material in stückiger Form durch eine Schleusenanordnung von oben her in einen Reaktor, vorzugsweise einen Schachtofen, bis zu einem vorgegebenen Füllstand eingebracht wird, daß das erzeugte Gas aus dem.Schacht in einer Höhe unter der Oberfläche des kohlehaltigen Materials abgezogen wird und daß Oxydationsmittel und/oder Wärmeenergie zugeführt wird, und zwar oberhalb der Oberi^läche des kohlehaltigen Materials und in einer geringeren Höhe des Schachtes, unter der Höhe des Gasauslasses.
Vorteilhaft wird das erzeugte Gas aus dem Schachtofen in einer Höhe von mehr als 50 cm unter der Höhe, bis zu welcher das kohlehaltige Material eingefüllt ist, abgezogen*
Das Oxydationsmittel und/oder die Wärmeenergie werden dem Schachtofen zweckmäßig in einer Höhe annähernd 100 cm unter der Höhe, in welcher das Gas abgezogen wird, zugeführt.
Als Oxydationsmittel können H2O, CO2 und/oder sauerstoffhaltiges Gas verwendet werden·
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Die Wärmeenergie kann zweckmäßig durch ein Gas zugeführt werden, welches durch einen Plasmabrenner hindurchgeschickt wird·
Die Wärmeenergie kann aber auch durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials zugeführt werden.
Es kann von Vorteil sein, wenn das Oxydationsmittel der Oberfläche des kohlehaltigen Materials in einer derartigen }&enge zugeführt wird, daß es zumindest einer teilweisen Oxydation der flüchtigen Bestandteile des kohlehaltigen Materials entspricht.
Dabei können die Mengen von HpO, sauerstoffhaltigern Gas und/ oder COo in dem oxydierenden Gas derart gesteuert werden, daß das erwünschte H2/CO-Verhältnis in dem erzeugten Gas erreicht wird.
Es ist vorteilhaft, wenn pulverförmiges kohlehaltiges Material zusammen mit dem Oxydationsmittel und der Wärmeenergie in dieser geringeren Höhe in den Schachtofen injiziert wird und stückiges Material, welches Ca und/oder Mg enthält, zusammen mit dem stückigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird.
Es kann auch zweckmäßig sein, wenn Ca und/oder Mg enthaltendes pulverförmiges Material zusammen mit dem pulverförmigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird.
Zweckmäßig wird die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert, daß der Äschegehalt im kohlehaltigen Material eine flüssige Schlacke bildet, welche am Boden des Schachtofens abgezogen wird.
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Dabei kann es vorteilhaft sein, daß dem kohlehaltigen Material Schlackenbildner zugesetzt wird, um den Schmelzpunkt und die Viskosität der Schlacke zu steuern.
Dem kohlehaltigen Material kann auch ein Schlackenbildner zugesetzt werden, um die Zusammensetzung der Schlacke derart zu steuern, daß ein geeignetes Rohprodukt für die Herstellung von Zement erhalten.wird.
Vorteilhaft wird die flüssige Schlacke granuliert und schnell mit Wasser abgekühlt wird, während sie abgezapft wird.
Die Zufuhr von Wärmeenergie kann auch derart gesteuert werden, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material in fester Phase bleibt und als festes Nebenprodukt im unteren Teil des Schachtofens abgegeben wird.
Das kohlehaltige Material kann'vollkommen oder teilweise aus Kohle, Koks, Preßkoks, Holz, teilweise verkohltem Holz, Holzkohle, Lignit oder Torf bestehen.
Die Vergasung erfolgt vorteilhaft unter einem über Atmosphärendruck liegenden Druck·
Die erfindungsgemäße Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Reaktor in Form eines Schachtofens mit einer oberen Schleuse für die gasdichte Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe im Schachtofen, einem Schlackenabzug am Boden des Schachtes und einer mit einem GasauslaS für das erzeugte Gas versehenen Ringtrommei, welche in einer Höhe über der vorgegebenen Hohe angeordnet ist, bis zu welcher das feste Material eingefüllt ist.
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Die Zufuhranordnungen von Wärmeenergie und/οder Oxydationsmitteln, sind unter dem Gasauslaß und/oder über der Oberfläche des Pestmaterials angeordnet.
Weiterhin ist ein Plasmabrenner für die Zufuhr von Wärmeenergie vorgesehen.
Der Schlackenabzug besteht vorteilhaft aus einem umlaufenden Ausgabetisch.
Erfindungsgemäß erfolgt die Vergasung bei hoher Temperatur und unter oxydierenden Bedingungen, und gleichzeitig passiert da3 anfänglich hergestellte Gas ein heißes Koksbett oder ein Bett aus koksartigem Material, woraufhin sein HpO-Gehalt mit Kohlenstoff reagiert und H2 und CO bildet. Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung des CO/Hp-Verhältnisses, da über Plasmabrenner Wärmeenergie zugeführt werden kann, so daß das Verhältnis zwischen" Hop,' CO9 und O0 im oxydierenden Gas innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann·
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert; es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage im Längsschnitt; und
Fig. 2: eine in Bezug auf das Unterteil des Reaktors abgewandelte Ausführung der Anlage gemäß Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage und die Abwandlung gemäß Fig. 2 bestehen aus einem Schachtofen 1, der am Boden mit
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Rohrleitungen 2 und Plasmabrennern 3 versehen ist, welche vorzugsweise symmetrisch rund um den Schachtofen 1 angeordnet sind» Diese Rohrleitungen sind mit Speiseeinrichtungen für ein Oxydiermittel wie beispielsweise Sauerstoff, HpO oder CO9 und möglicherweise pulverigeres kohlehaltiges Material versehen· Oberhalb dieser Rohrleitungen ist der Schachtofen 1 mit einer kreisringförmigen Trommel 4 mit einem Gasauslaß 5 für den Abzug von im. Schachtofen erzeugtem Gas versehen. Der Schachtofen 1 besitzt oben eine gasdichte Schleuse β für die Zufuhr von kohlehaltigem Material in stuckiger Porin sowie eine Rohrleitung für den Anschluß eines Plasmabrenners 7 und Zufuhrlanzen 8, 9 für ein Oxydationsmittel. Zufuhreinrichtungen 11, 12 für die eventuell erforderliche Zufuhr eines besonderen Oxydationsmittels münden in den Schacht in einer Höhe zwischen der Oberfläche 10 des festen Materials im Schacht 1 und der kreisringförmigen Trommel 4· Um das Verfahren.mit flüssiger Schlacke oder fenster Asche durchführen zu können, ist das Unterteil des Schachtofens 1 entweder mit einem Abzugskanal 13 (3?ig« 1) für Schlacke oder einem sich drehenden Ausgabetisch 14 (Pig. 2) versehen. Die dargestellte Anlage arbeitet folgendermaßen:
Um die erwünschte Vergasung durchzuführen, wird das kohlehaltige Material in stückiger Porm eventuell zusammen mit einem Schwefelbinder wie beispielsweise Dolomit durch die Schleuse 6 in den Schachtofen 1 bis zu einer vorgegebenen Höhe eingebracht. Wärmeenergie wird durch einen oder mehrere Plasmabrenner 3 bzw. 7 Zugeführt und gleichzeitig wird Oxydationsmittel wie beispielsweise O2, CO2 oder H2O über Zufuhreinrichtungen 2 bzw. S bzw. 9 zugeführt. Das kohlehaltige Material in stückiger Form, welches aus. Kohle, Koks, Lignit, künstlicher Kohle oder teilweise verkohltem Holz usw. bestehen kann, wird infolgedessen unter oxydierenden Bedingungen einer hohen Temperatur unterworfen, woraufhin die
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flüchtigen Bestandteile frei werden und mit dem Oxydationsmittel reagieren, wobei 3ie hauptsächlich CO und E^ erzeugen, während der nichtflüchtige Teil verkokt wird und ein festes koksartiges Produkt in stückiger Form bildet. Wichtig ist, daß ein Überschuß an Oxydationsmittel zugesetzt wird, um die Bildung von Ruß zu verhindern· Oxydationsmittel, welches mit β,βΏ. flüchtigen Bestandteilen des kohlehaltigen Ma- ^ terials nicht reagiert hat, kann weiter unten im Schacht-1W'' ofen 1 mit dem erzeugten Koks reagieren und zusätzlich CO und möglicherweise HpO bilden· Die im oberen Teil des Schachtofens über der Höhe der kreisringförmigen Trommel gebildeten Produkte sind daher Produkte, welche dem Koks ähneln, der seinen Weg durch den Schachtofen nach unten fortsetzt, sowie ein gasförmiges Produkt, welches hauptsächlich aus CO und Kp besteht und den Schachtofen 1 durch die Ringtrommel 4 verläßt. Die Temperatur an der Oberfläche des kornigen Materials im Schachtofen kann etwa 2000 0C erreichen, während das den Schachtofen durch die Ringtrommel 4 verlassende Gas eine Maximaltemperatur von 1500 0C besitzt. Es ist auch möglich, die erforderliche Wärmeenergie durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials mit Sauerstoff zuzufügen, statt einen Plasmabrenner zu verwenden* : Eine Anzahl von Rohrleitungen 2 sind rund um das Unterteil des Schachtofens 1 angeordnet, welche entweder mit Plasmabrennern oder mit Zufuhreinrichtungen für Sauerstoff sowie mit Zuführeinrichtungen für ein Oxydationsmittel und eventuell pulverigem kohlehaltigen Material bestückt sind. In dieser Höhe wird sowohl das nach unten durch den Schacht fallende koksartige Material, welches eingeblasen wurde, vollständig vergast. Alles C0p und H2O, welches die Reaktionszone kurz vor der Rohrleitung verläßt, kann weiter oben im Schacht mit dem klumpigen Material auf seinem Weg nach unten reagieren und dabei hauptsächlich CO und Hp erzeugen. Das hauptsächlich aus CC und Hp" bestehende Gas kann den Schachtofen durch die Ringtrommel 4 verlassen.
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Es kann ratsam sein, Schlackenbildner in dieser Höhe durch die Materiallanzen 2 zuzuführen und die Viskosität und den Schmelzpunkt der Schlacke und/oder Schwefel-Absorptionsmittel, welche Ca und/oder Mg enthalten wie beispielsweise Dolomitpulver, zu regeln« Es ist auch möglich, die Wärmezufuhr über Plasmabrenner in dieser Höhe durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials mittels Sauerstoff su ersetzen.
Falls eine flüssige Schlacke gewünscht wird, so müßte die Temperatur in der Reaktionszone vor den Rohrleitungen 2 im unteren Teil des Schachtofens auf über 1o00 C gehalten werden. Wenn die Anlage mit fester Asche betrieben wird, so müJ3te diese Temperatur unter 1400 0C gehalten werden.
Das vorbeschriebene Verfahren zur Vergasung von kohlehaltigem Material bietet beträchtliche Möglichkeiten einer Regelung des Hp/CO-Verhältnisses im erzeugten Gas, und zwar teilweise, da das Verhältnis von CO/EgO im Oxydationsmittel.reguliert werden kann, und teilweise durch Aufteilung der Wärmezufuhr zwischen teilweiser Verbrennung und durch Plasmabrenner.

Claims (22)

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1. Verfahren zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung, gekennzeichnet dadurch, daß kohlehaltiges Material in stückiger Porin durch eine Schleuse in einen Reaktor, -vorzugsweise einen Schachtofen, von oben her bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingegeben wird, daß das erzeugte Gas vom Schachtofen in einer Höhe unter der Oberfläche des kohlehaltigen Materials abgesogen wird und daß Oxydationsmittel oder Wärmeenergie zugeführt werden, und zwar über der Oberfläche des kohlehaltigen Materials und in geringer Höhe des Schachtofens unter der Höhe des Gasauslasses«
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das erzeugte Gas aus dem Schachtofen in einer Höhe von mehr als 50 cm unter der Höhe., bis zu welcher das kohlehaltige Material eingefüllt ist, abgezogen wird»
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3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxydationsmittel und/oder Wärmeenergie dem Schachtofen in einer Höhe annähernd 100 cm unter der Höhe, in welcher das Gas abgezogen wird, zugeführt wird«
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Erfindungsanspruch
4« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Oxydationsmittel H2O, CO2 und/oder sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird·
5« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmeenergie durch ein Gas zugeführt ,wird, welches durch einen Plasmabrenner hindurchgeschickt wird«
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6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmeenergie durch teilweise Verbrennung des kohlehaltigen Materials zugeführt wird.
7· "Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das' Oxydationsmittel der Oberfläche des kohlehaltigen Materials in einer derartigen Menge zugeführt wird, daß es zumindest einer teil- weisen Oxydation der flüchtigen Bestandteile des kohlehaltigen Materials; entspricht·
8« Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Mengen von H2O, sauerstoffhaltigem Gas" und/oder CO2 in dem oxydierenden Gas derart gesteuert werden, daß das erwünschte Eu/CO-Verhältnis in dem erzeugten Gas erreicht wird·
9· Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis δ, gekennzeichnet dadurch, daß pulverförmiges kohlehaltiges Material zusammen mit dem Oxydationsmittel und der Wärmeenergie in dieser geringeren Höhe in den Schachtofen indiziert wird·
10·· Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß stückiges Material, welches Ca und/oder Mg enthält, zusammen mit dem stückigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird·
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß Ca und/oder Mg enthaltendes pulverförmiges Material zusammen mit dem pulverförmigen kohlehaltigen Material zur Bindung von Schwefel zugesetzt wird»
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12· Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr von 7/ärme energie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material eine flüssige Schlacke bildet, welche am Boden des Schachtofens abgezogen wird·
13· Verfahren nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß dem kohlehaltigen Material Schlackenbildner zugesetzt wird, um den Schmelzpunkt und die Viskosität der Schlacke zu steuern«
14· Verfahren nach Punkt 12 und 13* gekennzeichnet dadurch, daß dem kohlehaltigen Material ein Schlackenbildner zugesetzt wird, um die Zusammensetzung der Schlacke derart zu steuern, daß ein geeignetes Rohprodukt für die Herstellung von Zement erhalten wird.
15· Verfahren, nach Punkt 12 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß die flüssige Schlacke granuliert wird und schnell mit V/asser abgekühlt wird, während sie abgezapft wird.
16. Verfahren nach den Punkten 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr von Wärmeenergie derart gesteuert wird, daß der Aschegehalt im kohlehaltigen Material in fester Phase bleibt und als festes !Nebenprodukt im unteren 'Teil des Schachtofens abgegeben wird.
17· Verfahren nach den Punkten 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß das kohlehaltige Material vollkommen oder teilweise aus Kohle, Koks, Preßkoks, Holz, teilweise verkohltem Holz, Holzkohle, Lignit oder Torf besteht*
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 17» gekennzeichnet dadurch, daß die Vergasung unter einem über Atmosphärendruck liesenden Druck erfolgt»
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19· Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung zur. Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Reaktor (1) in Porin eines Schachtofens mit einer oberen Schleuse (6) für die gasdichte Zufuhr von kohlehaltigem Material in stückiger Form bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe im Schachtofen, einen Schlackenabzug (13» H) am Boden des Schachtes (1) und eine mit einem Gasausiaß (5) für das erzeugte Gas versehenen Ringtroxnmel (4), welche in einer Höhe der vorgegebenen Höhe angeordnet ist, bis zu welcher das feste Material eingefüllt ist»
20. Anlage nach Punkt 19, gekennzeichnet durch Zufuhranordnungen von Wärmeenergie und/oder Oxidationsmittel, welche unter dem Gasauslaß (5) und/oder über der Oberfläche des Festmaterials angeordnet sind»
21. Anlage gemäß Punkt 19 und 20, gekennzeichnet durch Plasmabrenner (3, 7) für die Zufuhr von Wärmeenergie.
22. Anlage gemäß den Punkten 19. bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlackenabzug aus einem umlaufenden Ausgabetisch (14) besteht.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
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