DE1042817B - Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gases - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gases

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DE1042817B
DE1042817B DEK19893A DEK0019893A DE1042817B DE 1042817 B DE1042817 B DE 1042817B DE K19893 A DEK19893 A DE K19893A DE K0019893 A DEK0019893 A DE K0019893A DE 1042817 B DE1042817 B DE 1042817B
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gasification
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DEK19893A
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English (en)
Inventor
Ernest E Donath
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Beazer East Inc
Original Assignee
Koppers Co Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093Coal
    • C10J2300/0933Coal fines for producing water gas

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gases Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen, wobei als Brennstoff gleichzeitig stückiger, entgaster und staubförmiger, vorzugsweise bituminöser Brennstoff verwendet wird. Die Vergasung des stückigen Brennstoffes erfolgt dabei in einem Schachtofen, der von oben begichtet wird und dem die Vergasungsmittel im unterer, Teil zugeführt werden. Die Vergasung des staubförmigen Brennstoffes findet in einem Schwebevergaser statt, d. h. einer Vergasungseinrichtung, in der sich Brennstoff und Vergasungsmittel im wesentlichen in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit bewegen.
  • Es ist bekannt, die heißen gasförmigen Produkte der Staubvergasung in ein Bett aus stückigem, entgastem Brennstoff, z. B. Koks, zu leiten, wobei die in den heißen Produkten enthaltene fühlbare Wärme dazu dient, den Wärmebedarf zusätzlich endothermer Vergasungsprozesse in dem Schachtofen zu decken.
  • Bei dem bekannten Verfahren arbeitet man sowohl in dem Schachtofen als auch in dem Staubvergaser mit Schlackenverflüssigung, wobei die im Staubvergaser anfallende flüssige Schlacke unmittelbar in den Schlackensumpf des Schachtofens einläuft. Wenn auch durch die Ausnutzung der fühlbaren Wärme des Nutzgases der Staubvergasung in dem Schachtofen eine an sich vorteilhafte Zuordnung dieser beiden Vergasungssorten erreicht wird, so hat sich doch herausgestellt, daß die für die vollständige Verflüssigung der Asche im Staubvergaser erforderliche Sauerstoffmenge je kg Brennstoff bzw. je Kubikmeter Nutzgas so groß ist, daß der wirtschaftliche Vorteil, der aus der Ausnutzung der fühlbaren Wärme dieses so erzeugten Nutzgases an sich gezogen werden kann, praktisch vollständig wieder aufgehoben wird. Zudem bereitet der Abzug der flüssigen Schlacke aus einer Staubvergasungseinrichtung unter Umständen, insbesondere bei Brennstoffen mit hohem Aschenschmelzpunkt, apparative und betriebsmäßige Komplikationen.
  • Die Erfindung hat die Überwindung der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zum Ziele und besteht im wesentlichen darin, daß die Staubvergasung unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Vergasungsrückstände im wesentlichen fest bleiben, und daß außer den gasförmigen Reaktionsprodukten der Staubvergasung auch deren feste Rückstände unten in das Brennstoffbett des Schachtvergasers eingeleitet werden.
  • Der im Staubvergaser nicht umgesetzte Brennstoff und Wasserdampf vermischen sich in dem Schachtvergaser mit dein dort vorhandenen Brennstoff, beispielsweise Koks oder Holzkohle. Infolge der hohen Kohlenstoffkonzentration im Zweitvergaser, der vergrößerten Reaktionsoberfläche und der verlängerten Berührungszeiten zwischen Wasserdampf und Kohlenstoff wird die Wasserdampf-Kohlenstoff-Reaktion beträchtlich verbessert.
  • Durch den verringerten Bedarf an Sauerstoff, Wasserdampf und Brennstaub je Einheitsmenge Nutzgas, wie er durch die Erfindung erreicht wird, können die Kosten des Verfahrens unter Umständen beträchtlich verringert werden. Da insbesondere die spezifische Leistung des Staubvergasers erhöht ist, ergibt sich - bezogen auf dieselbe Gasleistung - ein Absinken der Ausgaben für die Einrichtung und den Arbeitsaufwand.
  • Man kann die Berührungszeit zwischen dem festen Brennstoff in dem Festbettvergaser und den heißen Reaktionsprodukten des Staubvergasers sowohl durch die Geschwindigkeit, mit der sich diese beiden Stoffmengen gegeneinander bewegen, als auch durch die Länge der Brennstoffsäule einstellen. Dabei kann man Verhältnisse so wählen, daß nur ein Teil des stückigen Brennstoffes in dem Festbettvergaser vergast wird, während der Rest als Rückstand aus, dem Festbettvergaser abgezogen wird. In diesem Falle würde keine reine, flüssige Schlacke entstehen, vielmehr würde die Schlacke in dem kohlenstoffhaltigen Rückstand sozusagen enthalten sein und mit diesem zusammen abgezogen werden. Vorzugsweise jedoch werden die Strömungsgeschwindigkeit in dem Festbettvergaser und die Länge der Brennstoffsäule so eingerichtet, daß praktisch der gesamte Kohlenstoff vergast wird, so daß eine reine Schlacke aus dem Festbettvergaser abgezogen werden kann.
  • In dem Festbettvergaser kann natürlich nur ein im wesentlichen teerfreier bzw. verkokter Brennstoff verwendet werden. Im anderen Falle würde der Brennstoff zusammenbacken und den Gasdurchgang erschweren. Außerdem würde das Nutzgas nicht mehr teerfrei sein.
  • Die Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Eine Anzahl von Staubvergasern 40 ist im Kreis um den Festbettvergaser 44, und zwar an dessen unterem Ende, angeordnet. Die heißen Reaktionsprodukte aus dem Staubvergaser gelangen unmittelbar in das Festbett 45 aus festem Brennstoff, z. B. stückigem Koks, und strömen darin aufwärts. Am Kopf des Vergasers 44 befindet sich die Begichtungseinrichtung 46, die mit einem Verschluß 51 versehen ist. Während der Bewegung der Reaktionsprodukte durch das Festbett findet die endotherme Reaktion des nicht umgesetzten Kohlenstoffes aus dem Staubvergaser und des Kohlenstoffes aus dem Festbettvergaser mit Kohlendioxyd und nicht umgesetztem Wasserdampf statt. Das Nutzgas verläßt den Vergaser mit einer Temperatur von etwa 800° C durch die Leitung 47. Die flüssige Schlacke und gegebenenfalls Eisen werden bei 48 bzw. 49 aus dem Festbettvergaser abgezogen. Durch Leitung 50 kann gegebenenfalls zusätzlich Sauerstoff eingeführt werden, um die Verflüssigung der Schlacke und des Eisens bzw. das Abstechen derselben zu erleichtern.
  • Beispiel Eine bituminöse Kohle mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen wird, nachdem sie auf einen Wassergehalt von 2,5% getrocknet ist, so gemahlen, daß 62% durch ein 200-Maschen-Sieb (lichte Maschenweite etwa 0,08 mm) hindurchgehen. Dieser Brennstaub -,wird in Suspension mit Sauerstoff, und zwar in einem Verhältnis von 0,499 m3 Sauerstoff je kg Kohle in den Staubvergaser 40 in Form eines Strahles eingeblasen. Der Vergaser 40 ist vorher auf Zündtemperatur des Brennstaub-Sauerstoff-Gemisches erhitzt worden, so daß sich das Gemisch sofort nach dem Einblasen entzündet. Ferner wird überhitzter Wasserdampf von etwa 800° C in einer Menge von etwa 0,3 kg je kg Kohle in den Staubvergaser eingeblasen. Die in dem Staubvergaser auftretende Temperatur liegt bei etwa 1680° C. Es entstehen 1,82 m3 Synthesegas je kg Kohle. Die Zusammensetzung des entstandenen Gases ist folgende: C o2 ............................. 3,1% C O .............................. 63,9% H, ............................... 30,4% N, ............................... 2,0% H, S ............................. 0,4% C k4 ............................. 0120/0 82% des Kohlenstoffgehaltes der zugeführten Kohle vrerden vergast. Der Rest wird von dem Gas in den unteren Teil des Schachtes 44 eingeleitet, der mit einem festen Bett 45 aus grobstückigem Koks ausgerüstet ist. Das Koksbett besteht aus 900 kg Koks je kg dem Staubvergaser pro Sekunde zugeführten Erennstoffes. Die laufend dem Schachtofen 44 durch die Degichtungseinrichtung 51 zugeführte Koksmenge beträgt 0,12 kg je kg der auf den Staubvergaser aufgegebenen Kohle. Die Temperatur von 1670° C im Unterteil des Koksbettes 45, die durch die heißen Reaktionsprodukte der Staubvergasung verursacht wird, ist ausreichend hoch, um die Asche, nachdem der Kohlenstoff aufgezehrt ist, abzuschmelzen. Im Schachtofen entstehen je kg auf den Staubvergaser aufgegebener Kohle 0,736 m3 Kohlenoxyd und Wasserstoff. Die Temperatur des Nutzgases bei 47 beträgt etwa 850° C. Die kleinen Reste von Staub, die mit dem Nutzgas ausgetragen werden, enthalten nur 5°/o des Kohlenstoffes, der in Form von Kohlenstaub und Koks der Einrichtung zugeführt wird, so daß also eine Kohlenstoffumsetzung von 95% erfolgt ist. Die gesamte Gasproduktion, bezogen auf 1 kg insgesamt umgesetzten Brennstoffes (0,89 kg Kohlenstaub und 0,11 kg Koks) beträgt 1,036 m3 mit folgender Zusammensetzung C 02 ............................. 4,1% C O .............................. 56,1% H2 ............................... 37,4% N2 ................................. 1,80/0 H2S ............................. 0,40/0 C H4 ............................. 0,2% Es ist gegebenenfalls auch möglich, zusätzlich Wasserdampf oder andere Vergasungsmittel als Sauerstoff unmittelbar in den Schachtofen einzuführen.
  • Im Falle der Einführung von Wasserdampf unmittelbar in den Schachtofen kommt eine Menge von 0,1 bis 0,6 kg Dampf je kg im Staubvergaser umgesetzter Kohle in Frage.
  • Der unmittelbar in den Staubvergaser eingegebene Wasserdampf beträgt etwa 0,1 bis 1,5 kg je kg im Staubvergaser durchgesetzter Kohle. Wenn Dampf unmittelbar in den Schachtvergaser eingeführt wird, kann die dem Staubvergaser zugeführte Dampfmenge entsprechend verringert werden.
  • Der Wasserdampf kann gesättigt sein. Er ist jedoch vorzugsweise überhitzt, und zwar zweckmäßig durch Wärmetausch mit dem Nutzgas oder heißen Verbrennungsgasen. Gegebenenfalls kann man ihm auch heiße Verbrennungsgase beimischen.
  • Hohe Dampfvorerhitzungstemperaturen sind vorteilhaft, weil dadurch der Bedarf an Sauerstoff verringert wird. Der Vorerhitzung des Wasserdampfes ist aber nach oben eine Grenze gesetzt dadurch, daß die Kosten für die Vorerhitzung schließlich die für die Erzeugung des Sauerstoffes übersteigen. Im allgemeinen beträgt die Temperatur des Wasserdampfes etwa 420 bis 1100° C, vorzugsweise 550 bis 850° C.
  • Die Gasaustrittstemperatur liegt im allgemeinen unter 1000° C, vorzugsweise unter 800 bis 900° C. Wenn die Bildung von Methan vermieden werden soll, insbesondere wenn höhere Drücke angewendet werden, ist jedoch eine Gasaustrittstemperatur zwischen 1000 und 1100° C vorteilhaft.
  • Die Verweilzeit im Staubvergaser muß genügend groß sein, um eine vollständige Umsetzung des Sauerstoffes mit dem Brennstoff zu ermöglichen. Eine Verweilzeit von weniger als 1,2 Sekunden, vorzugsweise weniger als 0,5 bis 0,8 Sekunden und mehr als 0,06 bis 0,1 Sekunden, ist als ausreichend ermittelt worden. Diese Zahlen gelten für die Vergasung unter normalem Druck. Man kann das Verfahren vorteilhafterweise auch bei höheren Drücken, etwa bis zu 40 atü, vorzugsweise bei 5 bis 20 atü, ausführen. In diesem Falle braucht aber die Verweilzeit innerhalb des Staubvergasers nur wenig mit dem Druck erhöht zu werden. Im allgemeinen soll die Verweilzeit der Gase im Schachtofen in Anpassung an das gesamte Volumen des Vergasers zwischen 0,2 und 3 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1 Sekunde, liegen, Der Betrag Kohlenstoff im Zweitvergaser beträgt je kg der je Sekunde in den Staubvergaser eingeführten Staubkohle mehr als 50 kg, vorzugsweise 200 bis 1500 kg oder noch mehr.
  • Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung bewegt sich das Kohlenstoffbett in dem Zweitvergaser abwärts. Diese Bewegungsrichtung ist zwar bevorzugt. Sie kann jedoch durch jede andere Bewegungsrichtung ersetzt werden, wenn nur eine Relativbewegung (Gegenströmung) zwischen den heißen Reaktionsprodukten aus dem Staubvergaser und dem Brennstoffbett in dem Zweitvergaser stattfindet.
  • Die Zahl der Staubvergaser, die man mit einem Zweitvergaser koppelt, ist an sich beliebig, vorzugsweise sind es jedoch zwei oder mehr.
  • Die Temperatur des Festbettes an der Stelle des Eintrittes der Reaktionsprodukte aus dem Staubvergaser soll mehr als 1200° C, vorzugsweise mehr als 1450° C, betragen.

Claims (1)

  1. °ATL:ICTANSPRUCH Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gases aus stückigem, entgastem Brennstoff einerseits und staubförmigem, insbesondere bituminösem Brennstoff andererseits, bei dem der staubförmige Brennstoff mit Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf in der Schwebe vergast und heiße Gase aus der Staubvergasung unmittelbar unten in das Bett eines mit dem stückigenBrennstoff beschickten, mit flüssigem Schlackenabzug arbeitenden Schachtvergasers geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubvergasung unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Vergasungsrückstände im wesentlichen fest bleiben, und daß außer den gasförmigen Reaktionsprodukten der Staubvergasung auch deren feste Rückstände unten in das Brennstoffbett des Schachtvergasers eingeleitet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung p 32008 V/24e D (bekanntgemacht am 30.11. 1950) ; französische Patentschrift 1Tr. 982 611.
DEK19893A 1952-10-23 1953-10-22 Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gases Pending DE1042817B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3233774A1 (de) * 1982-03-01 1983-09-22 SKF Steel Engineering AB, 81300 Hofors Verfahren und anlage zur vergasung kohlehaltigen materials

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR982611A (fr) * 1947-12-29 1951-06-13 Directie Staatsmijnen Nl Procédé et installation pour la gazéification de matières carbonifères à grain fin

Patent Citations (1)

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