DE2651177A1

DE2651177A1 - Verfahren zum entfernen von schwefelverbindungen, insbesondere von h tief 2 s, aus einem synthesegas

Info

Publication number: DE2651177A1
Application number: DE19762651177
Authority: DE
Inventors: Adelbert Dipl Ing Dr Ing Meyer
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1978-05-18
Also published as: GB1574162A; FR2370785A1; JPS5386703A

Description

Saarbergwerke AG P 76/17 ?RR1 177

Saarbrücken, 4. November 1976 3 Ma/Pe

Verfahren zum Entfernen von Schwefelverbindungen, insbesondere H₂S, aus einem Synthesegas

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Schwefelverbindungen, insbesondere H~S, aus einem Synthesegas, welches durch Vergasung von Kohle oder anderer kohlenstoffhaltiger Feststoffe in einem Vergasungsreaktor bei erhöhter Temperatur entsteht, durch Stoffaustausch mit mineralartigen Absorptionsmitteln.

Durch Vergasung von Kohle mit Wasserdampf und Sauerstoff bzw. Luft entstandenes Synthesegas enthält in der Regel Schwefelanteile, die bei bzw. nach der Ausnutzung des Gases in einem Verbraucher Korrosionsschäden in den Anlageteilen des Verbrauchers anrichten bzw. zu Umweltverschmutzungen führen, wenn das Abgas ungereinigt in die freie Atmosphäre abgelassen wird.

Aus der DT-OS 1444961 ist ein Verfahren zur Entschwefelung von aus Brennstoffvergasern stammenden Rohgasen bekannt. Dabei wird in einem gesonderten Vergasungsraum entstandenem, ca. 1000 ⁰C heißem Rohgas in einem nachgeschalteten Reaktionaraum Kalkstaub als Absorptionsmittel zugemischt, der mit den Schwofolverbindunqfui dea Rohgases reagiert und in einem nachgeschalteten Zyklon wieder abgeschieden wird.

Nachteilig ist, daß ein großer technischer Aufwand bei diesem bekannten Verfahren benötigt wird und daß der Entschwefelunqsgrad nicht besonders hoch ist. Es sind jo ein beoondercr Vorqnuunqs- und Reaktionsraum erforderlich, um das Entschwefelunqovorfuhron

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Saarberg*:/erke AG

durchzuführen.Da der Stoffaustausch in einer dem Reaktor nachgeschalteten Verfahrensstufe in der Schwebe stattfindet, ist darüberhinaus die für die Entschwefelung zur Verfügung stehende Oberfläche klein und somit der Entschvi/efelungsgrad gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mittels dessen bei geringem technischem Aufwand in zuverlässiger Weise ein möglichst hoher Schwefelanteil aus dem erzeugten Synthesegas abgeschieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgmeäß dadurch gelöst, daß der Stoffaustausch mit dem Absorptionsmittel überwiegend in der flüssigen Phase stattfindet.

Ein wichtiger Vorteil des erfindunqsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Absorptionsmittel in flüssiger Phase besser den Stoffaustau3ch vollziehen kann als in fester Phase, da der Stoffaustausch in der flüssigen Phase wesentlich intensiver und schneller abläuft.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens das Absorptionsmittel zusammen mit der Kohle in den Vergasungsreaktor eingespeist und der Stoffaustausch zwischen den Schwefelverbindungen und dem Absorptionsmittel direkt im Vergasunqsreaktor durchgeführt wird, so daß die exotherme Wärme der Vergasungsreaktionen unmittelbar zur Verflüssigung des Absorptionsmittels .verwendet werden kann.

Falls die Verqasunqsreaktionen bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes durchqeführt werden, kommt alc weiteror Vorteil hinzu, daß nunmehr das boladons, flüssige Absorptionsmittel in einfacher Weise zusammen mit .der flüssigen Phase ouo dem Vcrgasungareaktor abgezogen wordon kann.

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Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Entschwefelung dann besonders gut ist, wenn der Stoffaustausch zwischen den Schwefelverbindungen und dem flüssigen Absorptionsmittel unmittelbar oberhalb bzw. im Grenzbereich eines im unteren Bereich des Vergasungsreaktors vorgesehenen flüssigen Schlackenbndos erfolgt, da aufgrund der in diesem Bereich vorherrschenden hochturbulenten Strömungsverhältnisse eine besonders innige Durchwirbelung und somit Durchmischung zwischen flüssigen Absorptionsmitteltröpfchen und dem die Schwefelverbindungen enthaltenden Synthesegas erfolgt.

Vorteilhaft kann als Absorptionsmittel einö Kalziumverbindung, vorzugsweise Kalziumoxid (CaO) oder Kaliumcarbonat (CaCfK), vorgesehen werden, die bei den im Reaktor vorliegenden Temperaturen mit den Aschebestandteilen der Kohle flüssige Verbindungen bildet, welche bei gezielter Basizitätsführung den Stoffaustausch bewirken. Darüberhinaus ist Kalk leicht verfügbar und wirtschaftlich anwendbar.

Ebenso vorteilhaft wie die Verwendung von Kalziumverbindungen können Alkaliverbindungen, beispielsweise Na₂O, Na₂CO,, K₂O, K₂CO-, usw. als Absorptionsmittel verwendet werden. Diese haben ebenfalls eine ausgesprochene Affinität zu Schwefel, so daß ein besonders hoher Grad an Entschwefelung zu erwarten ist. Auch ist 'die Zugabe - von Mischungen solcher Absorptionsmittel möglich.

Vorteile bietet es weiterhin, die Zähigkeit der entstehenden Schlacke mit weiteren Zusätzen so zu regulieren, daß sie nicht zu dünnflüssig ist und schäumt, aber auch nicht so zähflüssig ist, daß sie nicht mehr abgezogen werden kann. Als solche Zusätze bieten eich beispielsweise Eisenoxide und/oder Quarzsand an.

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Die Eifindung u/ird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Vergasungsreaktor 1, in dessen unterem Bereich 2 lanzenartige Zuführungen 3 zum Einblasen von kohlestoffhaltigem Staub zusammen mit den Vergasungsmitteln ragen. Die Zuführungen 3 sind leicht nach unten geneigt angebracht, so daQ die eingebrachten Gase und der kohlenstoffhaltige Staub eine hochturbulente Mehrphasen-Zirkulationsströmung oberhalb eines im unteren Bereich des Reaktorraumes sich ansammelnden Schlackenbads 4 ausbilden. Die Schlacke selbst wird in ein darunterliegendes Wasserbad 5 abgezogen, u/enn die Oberfläche der flüssigen Schlacke eine v/orgegebene Höhe überschreitet. Die Reaktion des Kohlestaubes mit Wasserdampf und Sauerstoff erfolgt insbesondere in der heißen Zone kurz oberhalb des Schlackenbades 4.

Das gebildete Synthesegas entweicht am Auslaß 6 aus dem Vergasungsreaktor und wird einem Zyklon 7 zugeleitet, den es am Ausgang 8 in entstaubtem Zustand wieder verläßt.

Die Reaktoranlage arbeitet wie folgt:

Durch die lanzenartigen Zuführungen 3 werden in den unteren Bereich 2 des Reaktors 1 Vergasungsmittel in Form von Wasserdampf und Sauerstoff sowie ein kohlenstoffhaltiger Staub eingeblasen, dem ein unbrennbarer feingepulverter Mineralzusatz beigemischt ist. Der Gasdruck in der Zuführung 3 muß so groß sein, daß er dem Inndndruck im Reaktor 1 in Höhe von beispielsweise 25 bis 30 bar überwindet.

Der in den unteren Bereich 2 des Reaktors oingeblasene.· kohlenstoffhaltige Staub, beispieisweise Kohlenstaub aus Stoinkohlo, rongiert unter Wärmeentwicklung bei Tompo.ratüren von utwn 1300 bi» 2200 C oberhalb des im unteren Bereich des im Vorgnnunqaroaktor vorgesehenen Schlackonbadcs. Zu bildot eich Jo nach Kohleart Synthesegas mit Anteilen von etwa:

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55 % CO, 33 % H , 0,5 ?i Schwefelverbindungen, insbesondere H₂S, sowie CO« und H₂O.

Der zusammen mit dem Kohlenstaub eingeblasene gepulverte Mineralzusatz, beispielsweise Kalziumoxid (CaO), kommt in innige Berührung mit Reaktionsgasen, deren Geschwindigkeit bei der in diesem Bereich vorherrschenden hochturbulenten Mehtphasen-Zirkulationsströmung bis zu 100 m/sec. betragen kann. Der Kalziumoxidstaub, welcher im Grenzbereich des Schlackenbades 4 mit Schlackenbestandteilen, insbesondere mit dem Si0„, dem Aluminiumoxid und/oder den Eisenoxiden flüssige Verbindungen bildet, reagiert mit den im Synthesegas enthaltenden Schwefelverbindungen und bindet auf diese.Weise den Schwefel.

Anstelle von Kalziumverbindungen können auch Alkalicarbonate, beispielsweise Soda (Na₂CO,) oder Pottasche (K₂CO,) verwendet werden. Beide Substanzen haben einen relativ niedrigen Schmelz-punkt und eine hohe Affinität zu Schwefel.

Die bei der Vergasung von Kohle anfallende Schlacke enthält unter anderem Silizium-, Aluminium- und Eisenverbindungen. Durch gezielte Zumischung weiterer Mineralzusätze, wie z. B. FeO, Fe₂O, und SiO₂, zu dem Kohlestaub kann die Viskosität der Schlacke beeinflußt werden, derart, daß sie nicht zu zäh wird, um einwandfrei abfließen zu können, aber auch nicht zu dünnflüssig wird, daß sie schäumt oder zu viele Schlackenteilchen im Gasstrom mitgerissen werden. Darüberhinnus kann nuf diese Weise ein für die Schlackenführung und Entschwefelung günstiger Basizitätsgrad eingestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Entfernen von Schwefelverbindungen, insbesondere HUS, aus einem Synthesegas, welches durch Vergasung von Kohle oder anderer kohlenstoffhaltiger Feststoffe in einem Vergasunqsreaktor bei erhöhter Temperatur entsteht, durch Stoffaustausch mit einem mineralartigen Absorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffaustausch mit dem Absorptionsmittel überwiegend in der flüssigen Phase stattfindet.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel in fester Form mit der Kohle in den Vergasungsreaktor eingespeist, durch die bei der Vergasung frei werdende exotherme Wärme verflüssigt und innerhalb des Vergasungsreaktors in Stoffaustausch mit den Schwefelverbindungen gebracht wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigung des Absorptionsmittels unmittelbar oberhalb bzw. im Grenzbereich eines im unteren Bereich dee Vergaaungsreaktors vorgesehenen Schlackenbades erfolgt.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gokonnzoichnet, daß als Absorptionsmittel eine Kalziumvorbindunrj vorgesehen ist, welche mit den Schlackebestandteilon bei~don Temperaturen im Reaktor flüssige Verbindungen bildet.

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ORIGINAL INSPiSClED

Saarbergwerks AG

5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalziumverbindung Kalziumoxid (CaO) oder Kalziumcarbonat (CaCO,) vorgesehen ist.

6.) Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmittel ein Alkalicarbonat, vorzugsweise Soda (Na₂CO-,) oder Pottasche (K₂C0-j), vorgesehen ist.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle und das Absorptionsmittel mittels eines komprimierten Treibgases in den Reaktorraum eingeblasen werden.

8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle, Schlacketeilchen und Absorptionsmittel in einer hochturbulenten Mehrphasen-Zirkulationsströmung im Innern des Reaktorraumes geführt «/erden.

9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohle vi/eitere Zusätze beigegeben werden, welche im Reaktorraum die Zähigkeit der Schlacke beeinflussen ι

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