DE2421114A1 - Verfahren zur gewinnung von gasen aus festen brennstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung von Gasen aus festen Brennstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Gasen aus festen Brennstoffen. Für die Durchführung dieses Verfahrens werden Brennstoffe von unterschiedlicher Art und Beschaffenheit verwendet, die unabhängig davon, ob es sich um oxidierende oder hydrierende Vergasung handelt, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dies gilt vor allem in Bezug auf ihre Reaktionsfreudigkeit und die Temperaturen, bei denen die Vergasung wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
• Bei der Vergasung von weniger reaktionsfreudigen Brennstoffen kommen normalerweise höhere Temperaturen zur Anwendung mit der Folge, dass auch das dabei gewonnene Produktgas mit einer entsprechend hohen Temperatur anfällt. Dabei ist esin vielen Fällen unvermeidbar, dass das Produktgas auch noch hohe Gehalte an Kohlendioxid und/oder Wasserdampf aufweist.
• Es ist selbstverständlich möglich und bekannt, die im Produktgas enthaltene fühlbare Wärme als Abwärme in irgendeiner Weise zu nutzen. Dabei ist es jedoch häufig aufgrund der gegebenen Umstände nicht möglich, in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit optimale Ergebnisse zu erzielen. Eine gegebenenfalls notwendige Reduzierung des Gehaltes an Kohlendioxid und Wasserdampf wurde zudem zusätzliche Massnahmen erfordern.
• Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, dass seine Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert wird, wobei die Qualität des Endproduktgases allen praktischen Anforderungen genügen soll.
• Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass zwei unterschiedliche Brennstoffe nacheinander in hintereinanderge schalteten Vergasungsbereichen vergast werden und das im ersten Bereich erzeugte Gas als Vergasungsmittel in den zweiten Bereich geführt wird und in letzterem ein Material vergast wird, welches rektionsfreudiger ist als das im ersten Bereich vergaste Material, und die Temperatur im ersten Bereich höher ist als im tweiten Bereich.
• Als besonders zweckmässig hat es sich herausgestellt, im ersten Bereich Steinkohle und im zweiten Bereich Braunkohle unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Mediums, vorzugsweise eines Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisches zu vergasen. Entsprechendes gilt auch für Steinkohlenkoks im ersten Bereich und Braunkohlenkoks im zweiten Bereich. Bei der Vergasung von Steinkohle bzw. Steinkohlenkoks müssen verhältnismässig hohe Vergasungstemperaturen eingehalten werden. Wenn diese oberhalb der Schlackenfliesstemperatur liegen, findet die Reaktion z. B. bei etwa 15000 C statt, so dass ein Produktgas mit einer Temperatur von etwa 1400 - 15000 C und einem hohen Gehalt an Kohlendioxid und Wasserdampf abgezogen wird. Die Erfindung ermöglicht die weitere Ausnutzung dieses Produktgases durch Umsetzung mit einem Brennstoff höherer Reaktivität als Steinkohle oder Steinkohlenkoks, beispielsweise mit Braunkohle oder Braunkohlenkoks. Letztere setzen sich noch bei verhältnismässig tiefen Temperaturen bis beispielsweise 7000 C um, so dass Wärme sowie Kohlendicond und Wasserdampf, die in dem aus dem Steinkohlen-Vergasungsbereich abgezogenen Gas enthalten sind, noch weitgehend ausgenutzt bzw. umgesetzt werden können.
• Ein geeigneter Anwendungsfall für die Erfindung ist die Wasserdampfvergasung gemäss dem sogenannten Pattenhausen-Prozess, bei dem die Kohle mit hochüberhitztem Wasserdampf zur Reaktion gebracht wird. Der Wasserdampf gibt hierbei unter Abkühlung diejenige Wärmemenge ab, die für seine Umsetzung mit der Kohle erforderlich ist. Dabei sind jedoch, um diese Wärmemengen auf zu bringen, erhebliche Wasserdampfüberschüsse notwendig. Bei der Vergasung von Steinkohle liegt die untere Temperaturgrenze, bis zu der der Wasserdampf unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Umsetzungsgeschwindigkeiten abgekühlt werden kann, bei etwa 90bs.
• Die Erfindung gibt hier die Möglichkeit, das Produktgas der Pattenhausen-Vergasung von Steinkohle mit Braunkohle in Berührung zu bringen, deren untere wirtschaftliche Vergasungstempratur etwa 2000 C niedriger liegt als die der Steinkohle.
• Bei der Herstellung von Reduktionsgas ist es vorteilhaft, die Vergasung in der ersten Stufe möglichst weitgehend in Bezug auf die Kohlenstoff-Umsetzung durchzuführen und die Vergasung in der zweiten Stufe nicht bis zur völligen Umsetzung des Kohlenstoffes durchzuführen, wobei ein Kohlenstoffüberschuss bei der Vergasung gewährleistet sein muss. Auf diese Weise wird erreicht, dass das End-Produktgas nur noch geringe g Restgehalte an H20 und C02 aufweist.
• Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann dem Vergasungsmittel für den ersten Vergasungsbereich Wasserstoff zugesetzt werden. Letzterer wird mit dem Brennstoff des ersten Bereiches zu Methan umgesetzt. Dies erfolgt normalerweise in einem Temperaturbereich von etwa 700 - 8000 C.
• In vielen Fällen wird es zweckmässig sein, für den ersten und/ oder den zweiten Vergasungsbereich FluidatbettvergBung anzuwenden.
• Im übrigen kann im Bedarfsfall in den zweiten Vergasungsbereich zusätzlich Wärme eingeführt werden.
• Die für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung benötigte Wärme kann aus Kernreaktoren gewonnen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die erforderlichen Wärmemengen durch Verbrennen des aus dem Vergasungsprozess stammenden Restkokses zu gewinnen.
• Es war bereits als Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung angeführt worden, dass die Gehalte an H20 und C02 im End-Produktgas sehr niedrig gehalten werden können. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, dass bei entsprechender Auswahl der Brennstoffe bestimmte unerwünschte Bestandteile des aus dem ersten Bereich kommenden Produktgases im zweiten Vergasungsbereich entfernt werden. So ist es möglich, die katalytische Wirksamkeit von Braunkohlenkoks dazu zu benutzen, das Produktgas der Steinkohlenvergasung aus dem ersten Vergasungsbereich von Teerbestandteilen oder dgl. zu reinigen. Ferner besteht die Möglichkeit, das Produktgas des ersten Vergasungsbereiches zu entschwefeln, wenn die Asche des im zweiten Bereich vergasten Brennstoffes eine entsprechende hohe Basizität aufweist. Letzteres kann ggf.
• durch Zugabe von z. B. GaO oder MgO enthaltenden Zusätzen zu den im zweiten Vergasungsbereich vergasten Brennstoff erreicht werden.
• Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Fliess-Schemen erläutert.
• Fig. 1 betrifft ein Verfahren, bei dem zwei feste Kohlenstoffträger mit einem freien sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel umgesetzt werden. In dem bei Umsetzungstemperaturen von 15000 G arbeitenden Primärvergaser 1 werden ein Gemisch aus Sauerstoff 2 und Wasserdampf 3 sowie feinkörniger, reaktionsträger fester Kohlenstoff 4, beispielsweise Steinkohle, eingebracht. Das bei der genannten Umsetzungstempratur oberhalb der Schlackenfliesstemperatur anfallende Produktgas 5 gelangt in den nachgeschalteten Sekundärreaktor 7. Die Schlacke 6 wird zum grössten Teil aus dem Primärreaktor 1 ausgetragen.
• Im Sekundärreaktor 7 wird ein reaktionsfreudiger, möglicherweise vorgeschwelter fester Kohlenstoffträger mit dem aus dem Primärreaktor stammenden Produktgas 5 umgesetzt mit dem Ziel, den Gehalt an oxierenden Bestandteilen, insbesondere C02 und HO, im Produktgas 5 herabzusetzen und den Gehalt an möglichen Schadkomponenten, z. B. Schwefelwasserstoff, durch Bindung an basische Aschekomponenten des Kohlenstoffträgers 8 - oder'an zugegebenen Kalk oder dgl. - zu verringern. Aus dem Sekundärreaktor 7 treten somit das von Schadkomponenten und oxierenden BStandteilen weitgehende befreite Produktgas 10 und die mit den Schadkomponenten des Produktgases 5 angereicherte Asche 9 aus.
• Fig. 2 zeigt ins Fliess-Schema eines Verfahrens, bei welchem zwei feste Kohlenstoffträger mit einem wasserstoffhaltigen Vergasungsmittel umgesetzt werden.
• Das wasserstoffhaltige Vergasungsmittel 12, dem etwas Wasserdampf zugemischt sein kann, wird nach Aufheizung im Erhitzer 13 auf ca.
• 5000 C dem Vergasungsreaktor 14 zugeführt. Mit 15 bzw. 16 sind Zuleitung und Ableitung für das Heiznittel bezeichnet.
• Im Vergasungsreaktor 14 werden feste Kohlenstoffträger umgesetzt.
• Der reaktionsträge, weitgehend von seiner Backneigung durch eine Vorbehandlung befreite feste Kohlenstoff 17 gelangt hier in der Wirbelschicht 18 bei ca. 800 - 9000 C zur Umsetzung; bei hohem Wasserdampfgehalt im Vergasungsmittel kann eine zusätzliche Beheizung zweckmässig oder erforderlich sein. Die Zuleitung für das Heizmedium ist mit 19, deseen Ableitung mit 20 bezeichnet.
• Das aus der Wirbelschicht 18 austretende Produktgas gelangt in die Wirbelschicht 22, in der eine Temperatur von ca. 600 - 7000 C herrscht. In diese Wirbelschicht wird ein reaktionsfreudiger, nicht backender Kohlenstoffträger 23 eingegeben. Dabei besteht ebenso wie im Fall der Wirbelschicht 18 die Möglichkeit einer Beheizung von aussen. Zuleitung und Ableitung für das Heizmittel sind mit 24 bzw. 25 bezeichnet.
• Nach der Umsetzungsreaktion verlassen das Produktgas 26 und die rieselfähige Asche 27 den Vergasungsreaktor 14.
• Fig. 3 zeigt das Fliess-Schema des Pattenhausen-Verfahrens. In dem bei Temperaturen von ca. 9000 C arbeitenden Primärvergaser 30 wird ein feinkörniger, reaktionsträger Kohlenstoff 31 mit Wasserdampf 32 von ca. 9500 C umgesetzt. Der Wasserdampf wird in grossem Überschuss zugegeben; auf diese Weise wird die zur Vergasung notwendige Wärme in den Primärvergaser 30 gebracht, aus dem der Restkoks 33 abgezogen wird.
• Das den Primärvergaser 30 verlassende Produktgas 34, das eint Temperatur von etwa 8000 C aufweist, enthält grosse Mengen Wasserdampf im Überschuss. Die darin enthaltene Wärme wird im Sekundärvergaser 35, der bei ca. 7000 C arbeitet, mit einem reaktionsfreudigen Kohlenstoffträger 38 umgesetzt, wobei der Wasserdampf als Vergasungsmittel dient. Der Restkoks 37 kann dem Kohlenstoffträger 31 zugemischt werden, der dem Primärvergaser 30 zugeführt wird. Das End-Produktgas 39 verlässt den Sekundärvergaser 35 mit ca. 6ovo0 C.
• Fig. 4 zeigt das Fliess-Schema eines Ausführungsbeispiels, bei welchem zwei feste Kohlenstoffträger mit einem oxidierenden Vergasungsmittel, das im wesentlichen aus Wasserdampf besteht, umgesetzt werden. In den bei Temperaturen um 10000 C arbeitenden Primärvergaser 40, der durch ein Medium beheizt wird, das durch die Zuleitung 41 ein- und die Ableitung 42 austritt, gelangt feinkörniger, reaktonsträger Kohlenstoff 43 gemeinsam mit Wasserdampf 44, der in hohem Überschuss angeboten werden kann, zur Umsetzung. Das dabei entstehende Produktgas 45, das eine Temperatur von etwa 9000 C aufweist, wird in den Sekundärvergaser 46 eingeleitet, um dort mit reaktionsfreudigem Kohlenstoff 45 umgesetzt zu werden. Die Umsetzung, die bei Temperaturen von ca. 9000 C erfolgt, kann zusätzlich beheizt sein. Zu diesem Zweck sind eine Zuleitung 48 und eine Ableitung 49 für ein Heizmbeium vorgesehen. Der aus dem Sekundärvergaser 46 austretende Restkoks 50 kann zusammen mit Kohlenstoffträger 43 dem Primärvergaser zur weitergehenden Umsetzung beigemischt werden. Mit 51 ist die Asche bezeichnet, die aus dem Primärvergaser abgezogen wird; mit 52 ist das aus dem Seknndär-Vergaser austretende End-Produktgas bezeichnet.

Claims (6)

Patent ansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Gasen aus festen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedliche Brennstoffe nacheinander in hintereinander geschalteten Vergasungsbereichen vergast werden und das im ersten Bereich erzeugte Gas als Vergasungsmittel in den zweiten Bereich geführt wird und in letzterem ein Material vergast wird, welcl;e; reaktionsfreudiger ist als das im ersten Bereich vergaste Material und die Temperatur im ersten Bereich höher ist als im zweiten Bereich.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Bereich Steinkohle und im zweiten Bereich Braunkohle unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Mediums, vorzugsweise eines Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisches, vergast werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung in der ersten Stufe möglichst weitgehend in Bezug auf die Kohlenstoff-Umsetzung durchgeführt wird und zur Herstellung von Reduktionsgas die Vergasung in der zweiten Stufe nicht bis zur völligen Umsetzung des Kohlenstoffes durchgeführt wird, wobei ein Kohlenstoffüberschuss bei der Vergasung gewährleistet sein muss.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergasungsmittel für den ersten Vergsungsbereich Wasserstoff zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten und/oder den zweiten Vergasungsbereich Fluidatbettvergasung angewandt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Vergasungsbereich zusätzliche Wärme eingeführt wird.

L e e r s e i t e