DE3301962A1

DE3301962A1 - Verfahren zum methanisieren kohlenstoffhaltiger feststoffe

Info

Publication number: DE3301962A1
Application number: DE3301962A
Authority: DE
Inventors: Jacques 69260 Charbonnieres Alagy; Christian 69160 Tassin La Demit-Lune Busson; Jean-Paul 69570 Dardilly Euzen; Pierre 38200 Vienne-Estressin Galtier
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1982-01-27
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1983-08-04
Also published as: GB2113710B; FR2520354A1; US4472264A; FR2520354B1; JPS58129095A; GB2113710A; GB8302087D0

Description

Verfahren zum Methanisieren kohlenstoffhaltiger Feststoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Methanisieren kohlenstoffhaltiger Feststoffe.

Die direkte Methanisierung der Kohle zur Herstellung des natürlichen synthetischen Gases ist in den letzten Jahren mehrfach behandelt worden. Bekannt ist beispielsweise ein Verfahren, bei dem gepulverte Kohle in Reaktion mit überhitztem Wasserstoff gebracht wird, wie die US-Patentschriften 3 960 700 und 4 206 032 zeigen.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen in der Schwierigkeit, gleichmäßig die gepulverte feste Kohle auf zahlreiche Düsen zu verteilen, was zurindustriellen Extrapolation des Verfahrens notwendig ist. und in dem starken Wasserstoffverbrauch.

Nach einem anderen Vorschlag verwendet man Koks- oder Pechpartikel als Wärmeträgermittel und als Reaktionsmittel zur Herstellung wasserstoffhaltigen Gases.

Die US-Patentschrift 3 855 070 beschreibt ein Verfahren dieser Art, bei dem man die dicksten Kokspartikel als Reaktionsmittel zur Herstellung wasserstoffhaltigen Gases (FRZ: gaz hydrogenant) benutzt: Diese Partikel werden behandelt mit einem Gemisch aus Luft oder Sauerstoff und Wasserdampf. Das entstehende Gas wird dann in Kontakt mit feinen Kokspartikeln derart verbrannt, daß diese erwärmt werden; die erwärmten feinen Partikel werden dann in die Hydropyrolysezone der Kohle zurückgeführt, um hier die notwendige Wärme zu liefern. Das Verfahren zeitigt

Nachteile, da es besonders schwierig ist, dicke Partikel völlig zu vergasen, und zwar aufgrund von Begrenzungen hinsichtlich der Streuung bzw. im Diffusionsvermögen in den Körnern.
5

Nach einem anderen Vorschlag (US-PS 4 162 959) wird der aus der Pyrolysezone ausgetragene Koks anschließend einer Partialverbrennung unterzogen, die dazu bestimmt ist, seine Temperatur zu erhöhen, dann einer Behandlung mittels Wasserdampf, die dazu bestimmt ist, den für die Reaktion notwendigen Wasserstoff zu erzeugen; der übrigbleibende Koks wird dann in die Pyrolysezone zurückgeführt, um dieser die für die Reaktion notwendige Wärme zuzuführen. Dieses Verfahren bedeutet eine gewisse Vereinfachung der in der US-Patentschrift 3 855 070 beschriebenen Technik, zeitigt jedoch Nachteile. Da nämlich die Wasserdampfbehandlung endotherm abläuft, kann der aus dieser Behandlung entstehende Feststoff nicht auf eine sehr hohe Temperatur von beispielsweise 1000⁰C gebracht

2Ό werden, was für einen guten Ablauf der Pyrolyse nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Fehler der bekannten Verfahren zu beheben. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Reaktionen beim Kracken zu begünstigen, die zur Bildung von Kohlenwasserstoffen auf Kosten der Verkokungsreaktion führen, und das bei einer besseren Verteilung des kohlenstoffhaltigen Materials in der Pyrolysekammer, wobei gleichzeitig eine rasche Temperaturerhöhung des kohlenstoffhaltigen Materials in dieser Zone sichergestellt ist und der Wärmeübergang durch Strahlung gegenüber dem Wärmeübergang durch Konduktion und Konvektion begünstigt wird.

GOPY

Gelöst wird dies durch die Maßnahmen des Anspruchs 1.

Besonders günstige Ergebnisse erhält man, wenii man nach den Maßnahmen der ünteransprüche arbeitet. · Die verschiedenen Vorteile erhält man wie folgt:

a) In einer ersten Stufe behandelt man das kohlenstoffhaltige pulverförmige Feststoffmaterial mit einem aromatische Kohlenwasserstoffe enthaltenden Schweröl und mit einem reduzierenden Wasserstoff enthaltenden Gas bei einer Temperatur von 300 bis 500⁰C und unter einem Druck von wenigstens 20 bar, derart, daß wenigstens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in eine ölige Phase derart umgefornt wird, .daß das Gemisch pumpbar, transportierbar und pulverisierbar wird.

Das so erhaltene Gemisch wird "halbverflüssigtes Produkt" (hemiliquefiat) bezeichnet. 20

b) In einer zweiten Stufe führt man das halbverflüssigte Produkt in eine Kammer in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre in Form einer Vielzahl von nach unten gerichteten Tröpfchenstrahlen ein und führt heiße Feststoffpartikel eines Wäiiaeträgermaterials relativ großer Granulometrie in die gleiche Kammer in Form von nach unten gerichteten Strahlen ein, die parallel zu den Tröpfchenstrahlen sind, ohne in direktem wesentlichen Kontakt mit diesen Strahlen wenigstens im oberen Teil der Kammer, stehen. Die Temperatur und der Durchsatz der Strahlen werden derart eingestellt, daß man eine mittlere Temperatur von 700 bis 1600⁰C in dieser Kammer aufrechterhält, wobei der Druck in der Kammer wenigstens 2 0 bar beträgt.

COPY

c) In einer dritten Stufe trennt man den Abstrom der Stufe (b) in eine Fraktion von Feststoffpartikeln relativ großer Granulometrie und in eine Gase und kohlenstoffhaltige Feststoffpartikel geringerer relativer Granulometrie enthaltende Fraktion ohne den Abstrom der Stufe (b) wesentlich zu kühlen.

d) In einer vierten Stufe erwärmt man wenigstens einen Teil der Fraktion aus Feststoffpartikeln relativ großer Granulometrie und führt diese in die Stufe (b) als Wärmeträgermedium zurück.

e) In einer fünften Stufe kühlt man mittels eines reduzierenden relativ kalten Wasserstoff enthaltenden Gases die Gase und kohlenstoffhaltige Partikel geringerer Granulometrie enthaltende Fraktion, und trennt dann diese Fraktion in eine Fraktion relativ feiner kohlenstoffhaltiger Partikel und eine Fraktion gasförmiger Phase.

f) Man behandelt dann wenigstens einen Teil der Fraktion aus relativ feinen Partikeln gemäß Stufe (e) mit Sauerstoff und Wasserdampf, um ein reduzierendes Wasserstoff enthaltendes Gas zu erzeugen und gibt wenigstens einen Teil dieses Gases in die Stufe (a) und wenigstens einen Teil in die Stufe (b> zurück.

Unter Feststoffmaterial relativ großer Granulometrie versteht man Partikel eines wärmebeständigen Mineralmaterials, beispielsweise Aluminiumoxids, Siliziumdioxids, eines Aluminats, eines Silikats oder vorzugsweise von Koks. Die mittlere Abmessung der Körner liegt bei wenigstens 25 μΐη, beispielsweise bei 50 bis 100 μΐη. Unter Koks versteht man den Koks der Steinkohle oder des

eigentlichen Petroleums sowie das Pech.

Die Partikel geringer Granulometrie haben eine mittlere Korngrößenabmessung von weniger als 25 μπι, beispielsweise 5 bis 15 um. Sie bestehen wenigstens zum Teil aus Koks.

Beim reduzierenden Gas kann es sich um relativ reinen Wasserstoff oder ein Synthesegas handeln, das gleichzeitig Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält.

Das gemäß Stufe (a) erhaltene halbverflüssigte Produkt kann Feststoffe in Suspension enthalten und eine relativ hohe Viskosität aufweisen oder dagegen relativ fluide sein. Die wesentliche Bedingung ist die, daß es pumpbar, transportierbar und pulverisierbar ist.

Das gemäß Stufe (a) eingesetzte Kohlenwasserstoffschweröl kann von einer Quelle außerhalb des Verfahrens stammen; bevorzugt werden jedoch die stark aromatischen öle {> 20 Gew.-% Aromate, Eb >300°C); während dieses Verfahrens besteht das öl vorzugsweise aus einer rezyklisierten Fraktion der öligen in der gleichen Stufe gebildeten Phase. Das kohlenstoffhaltige beim Verfahren eingesetzte Feststoffmaterial wird in Form von Pulver verwendet; bevorzugt wird eine feine Granulometrie, beispielsweise mit 80 % von weniger als 70 um. Dieses kohlenstoffhaltige Material ist beispielsweise Kohle, Lignit oder besteht aus anderen Formen fossiler Kohle.

Es ist nicht notwendig, das kohlenstoffhaltige Feststoffmaterial in eine völlig flüssige Phase während der ersten Stufe zu formen; man beschränkt sich vor-

zugsweise auf eine Erweichung unterAuftreten einer flüssigen Phase. Das halbverflüssigte Produkt wird in die Pyrolysekammer in pulverisierter Form eingeblasen oder eingespritzt, beispielsweise indem es in einem Injektor durch Wasserdampf mitgerissen wird. Man erhält so feine Tröpfchen, deren Durchmesser so klein wie 20 μπι sein kann.

Die Verweilzeit der Tröpfchen in der Pyrolysekammer liegt bei etwa 1 bis 500 Millisekunden, vorzugsweise 1 bis 50 Millisekunden. Dank der besonderen Art der Erwärmung der Tröpfchenstrahlen durch parallele heiße Feststoffstrahlen geschieht die Temperaturerhöhung sehr schnell, was die Krackreaktion auf Kosten der Verkokungsreaktion begünstigt. Die Feststoffe werden auf eine stark erhöhte Temperatur von etwa 800 bis 1600⁰C, vorzugsweise 1100 bis 1400⁶C gebracht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder Tröpfchenstrahl von einem Vorhang heißer Feststoffpartikel, wie in Fig. 1 dargestellt, umgeben.

Damit der Wärmeaustausch so intensiv wie möglich erfolgt, bevorzugt man, die Anzahl der Feststoffstrahlen und der Strahlen des halbverflüssigten Produktes für gegebene Abmessungen zu vervielfachen. Bevorzugt wird also eine Pyrolysekammer mit einer großen Anzahl von Injektionsdüsen für halbverflüssigtes Produkt, von denen eine jede ein Bündel von Tröpfchen einbläst oder einspritzt, das unter geringer Entfernung von einem Vorhang von Feststoffpartikeln in Gravitationsströraung umschlossen ist. Wichtig ist, daß die Abmessung der Tröpfchen so klein wie möglich ist, damit das Verfahren des Wärmeaustauschs nicht durch die thermische Diffusion des Tröpfchens von außen nach innen gebremst wird. Figur 1 zeigt eine Aus-

• ·

- 11 -

führungsform dieser Kammer mit abwechselnder Anordnung von Zerstäubungsdüsen und Feststoffvorhängen.

Obwohl der Wärmeaustausch im wesentlichen durch Strahlung erfolgt, sind andere Formen des Wärmeaustausches durch Konduktion und/oder Konvektion, die im Verfahren der Wärmeübertragung teilnehmen, nicht ausgeschlossen. Der Wärmeaustausch durch Strahlung bleibt jedoch bevorzugt, da wenigstens während der ersten Millisekunden man befürchten muß, daß sich Agglomerate im Falle direkten Kontaktes zwischen Tröpfchen und Feststoffteilchen bilden.

Indem man die jeweiligen Durchsätze von heißem Feststoffträger und halbverflüssigtem Produkt aneinander anpaßt, bringt man die Temperatur des halbverflüssigten Produktes auf nahe 700⁰C oder darüber innerhalb eines Zeitraums von wenigen Millisekunden, vorzugsweise von weniger als 500 ■Millisekunden, unter Berücksichtigung der für das Kracken und für das Verdampfen der flüchtigen Materialien notwendigen Wärme, flüchtiger Materialien, die eingesetzt oder durch Kracken gebildet wurden.

Vom Augenblick an, wo der nichtverflüchtigte Restteil der Tröpfchen an halbverflüchtigtem Produkt etwa 700⁰C erreicht hat, wird sich die Methanisierungsreaktion verstärken können und wird sich sowohl auf die Hydrogenolyse der flüchtigen Materialien wie auf die der flüssigen, ja der sogar festen Materialien, dem verbleibenden Rest der Tröpfchen, auswirken.

Um diese stark exotherme Mechanisierungsreaktion zu kontrollieren, ist es vorteilhaft, kaltes reduzierendes Gas in den Zwischenteil des Met-hanisierungsreaktors einzuführen. Die Feststoffe und insbesondere der Koks, die als

Wärmeträger verwendet werden, bleiben inert gegenüber dem Wasserstoff unter den angegebenen Arbeitsbedingungen. Der verkokte Teil des halbverflüssigten Produktes wird zum Wärmeträgerkoks hinzugegeben. Da im zweiten Teil des Reaktors die innere Wärmeübertragung nicht notwendig ist und die Gefahren einer Agglomerierung nicht vorliegen, können der feste Wärmeträger und die verschiedenen Reaktionsmittel sowie Reaktionsprodukte im Gemisch unter dem Einfluß des Durchtührens des Ganzen vorliegen.

Figur 1 ist ein Vertikalschnitt durch den Pyrolyseofen. Der Ofen umfaßt eine Zone 2 zur Aufnahme der heißen Kokspartikel, die von einem Ofen über die Leitung 12 zugeführt werden. Diese Partikel werden über öffnungen wie 3a, 3b, 3c in Form von Vorhängen (4, 5, 6), bestehend aus Partikeln, eingeschüttet. Jeder Vorhang ist zwischen Strahlen (10, 11) aus Flüssigkeit (halbverflüssigtes Produkt), das pulverisiert ist und aus einer Reihe von Injektoren wie 8a und 8b stammt, zwischengeschaltet, welche auf Speiseleitungen wie 7a, 7b angeordnet sind.

Das für die Kontrolle der Methanisierungsreaktionstemperatur notwendige reduzierende Gas wird beispielsweise über eine Reihe von Düsen (9a, 9b) auf der äußeren konzentrischen Leitung 9 eingeblasen. Diese Reihe von Düsen zum Einführen kalten reduzierenden Gases markiert den Grenzbereich zwischen einer oberen Zone A, wo man vorzugsweise die Turbulenz begrenzt, und einer unteren Zone B. Die Produkte werden über die Leitung 13 ausgetragen und dann zu einem ersten Zyklon geführt. Die Verweilzeit in der nichtturbulenten Zone A liegt vorzugsweise bei 1 bis 50 Millisekunden und in der turbulenten Zone B vorzugsweise bei 20 bis 480 Millisekunden.

Am Austritt aus dem Methanisierungsreaktor wird das Gemisch aus Feststoffprodukten und gasförmigen Produkten gegen eine erste Phasentrennvorrichtung geführt, die aus einer Gruppe von Zyklonen besteht. In einem ersten heiß arbeitenden Zyklon gewinnt man den größten Teil der dicksten Partikel wieder. Am Austritt aus dem ersten Zyklon wird die gasförmige, die kleinsten Partikel oder "Feinteile" mitreißende Phase durch Einführen kalten Wasserstoff enthaltenden Gases abgeschreckt; das Ganze wird an den Eingang eines zweiten Zyklons gegeben, wo man einerseits das Methan enthaltende Gas und andererseits die kleinen Partikel gewinnt. Das Abschrecken bringt die Temperatur vorzugsweise unter 400⁰C.

Der durch kleine Kokspartikel gebildete Fluß wird gegen einen Oxyvapovergasungsreaktor üblicher Bauart (Stufe g) geführt, um ein CO + H- enthaltendes Gas zu erzeugen; diesem Reaktor folgt gegebenenfalls ein CO-Umwandlungsreaktor zur Erzeugung von Wasserstoff. Wenn die Menge feiner Kokspartikel aus dem zweiten Zyklon unzureichend ■ ist, um die Produktion von Wasserstoff oder dem für das Verfahren notwendigen CO + H₂-Gemisch sicherzustellen, so schickt man ebenfalls an den Oxyvapovergas>ungsreaktor einen Teil des Stroms, der aus großen aus dem ersten heißen Zyklon kommenden Partikeln besteht. Die Erzeugung von Wasserstoff und Synthesegas.dient den Bedürfnissen des Verfahrens; eine übermäßige Produktion kann jedoch vorgesehen sein, um beispielsweise eine Methanolerzeugungseinheit zu speisen.

.

Der aus dicken Partikeln bestehende Hauptstrom, aus dem ersten heißen Zyklon stammend, wird gegen einen Heizofen geführt, um auf etwa 1000 bis 1600⁰C gebracht zu werden. Dieser Ofen besteht vorzugsweise aus einer Kammer, die am

Umfang mit Strahlungsbrennern flacher Flammenform ausgestaltet ist. Vor den Brennern fällt der Feststoff als Regen in Form eines Vorhangs. Die Strahlungsbrenner des Heizofens werden vorzugsweise mit einem Teil Halbverflüssigungsprodukt gespeist, das aus der ersten Stufe stammt sowie mit Sauerstoff oder Luft, obwohl man andere Brennmittel verwenden kann.

Unten am Ofen wird der erwärmte Feststoff zum Methanisierungsreaktor geführt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Methanisierungsreaktor unter der Heizeinheit. In Figur 2 ist das Schema zur Verwirklichung der Erfindung insgesamt dargestellt.

Nach Figur 2 wird die Kohle über die Leitung 20 in den Halbverflüssigungsreaktor 21 eingeführt; dieser Reaktor empfängt auch ein reduzierendes Wasserstoff enthaltendes Gas (Leitung 22) sowie eine flüssige kohlenstoffhaltige Fraktion, bei der es sich um ein aromatisches Schweröl handeln kann oder die wenigstens zum Teil aus rezyklisiertem halbverflüssigtem Produkt (Leitung 23) bestehen kann. Das erhaltene halbverflüssigte Produkt wird über die Leitung 24 zum Methanisierungsreaktor 25 geführt. Dieser empfängt auch ein reduzierendes Gas, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Leitung 29) sowie Koksteilchen hoher Temperatur, di§ über die Leitung 37 aus dem Ofen 38 kommen. Dieser wird durch Verbrennung mittels eines beliebigen Brennstoffs erwärmt; beim Brennstoff kann es sich um ein Schweröl oder Restöl beliebiger Art handeln oder vorzugsweise um einen Teil des halbverflüssigten Produktes (Leitung 39) . Der Abstrom des Reaktors 25 wird über die Leitung 26 zum Zyklon 27 geführt, ,um die dicksten Feststoff partikel abzutrennen. Diese werden über die Leitung 28 zum Ofen 38 geführt, um hier er-

wärmt zu werden und dann als Wärmeträgermittel im Reaktor 25 zu dienen. Die Temperatur des Zyklons 27 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Ofens 25; man kann also diesen Zyklon direkt im Ofen 25 an dessen Ausgang anordnen. Die Gase und feinsten Feststoffpartikel werden über die Leitung 40 in einen zweiten Zyklon 30 gegeben. Wasserstoff enthaltendes relativ kaltes Gas (Leitung 31) wird vorher zugemischt. Man trennt dann Gase (Leitung 32) und relativ feine Feststoffpartikel (Leitung 33) . Die Gase enthalten das gewünschte Methan zusammen mit schwereren Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Ethan, leichten aromatischen Kohlenwasserstoffen (Benzol, Toluol, Xylole) und gegebenenfalls schwerere Kohlenwasserstoffe; weniger gewünschte gasförmige Produkte wie H„S, CO und CO- sind ebenfalls vorhanden. Diese Gase können fraktioniert und in an sich bekannter Weise gereinigt werden.

Die kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel aus der Leitung 33 gelangen in den Vergasungsreaktor 34. Dieser ist von üblichem Typ und nimmt Sauerstoff und Wasserdampf (Leitung 35) sowie gegebenenfalls einen Zusatz von Kohle (Leitung 47) auf. Die Reaktion zwischen den Kohlenpartikeln, dem Sauerstoff und dem Wasserdampf erzeugt ein CO, CO₂ und H₂ (Leitung 36) enthaltendes Gas. Dieses Gas kann direkt über die Leitungen 36 und 40 zu den Leitungen 22, und/oder 31 geführt werden. Man kann es auch in der Einheit 41 zur Umwandlung von CO in CO₂ behandeln und letzteres eliminieren. Der erhaltene relativ reine Wasserstoff wird dann über die Leitung 42 zu den Leitungen 22, 29 und 31 geführt. Die Ventile oder Schieber 43 und 44 ermöglichen es, die gewünschte Bahn zu wählen. Das Kohlendioxid wird abgeführt (45). Der Vergasungsreaktor umfaßt ebenfalls eine Austragsleitung für Asche (Leitung 46). Die Leitung 49 ermöglicht es, einen evtl. Überschuß an Reduktionsgas abzuziehen.

Bei dem dem Verfahren unterzogenen kohlenstoffhaltigen Material kann es sich um Kohle, Lignit oder andere Quellen festen kohlenstoffhaltigen Materials handeln.

■ Beispiel

Behandelt wird eine Kohle aus dem Lothringer Becken, dessen Aschegehalt bei 6,1 Gew.-%, der Gehalt an flüchtigen Materialien bei 36,1 Gew.-% liegt.

Diese Kohle in gepulverter Form (mehr als 70 % der Körner haben weniger als 80 μΐη) wird bei 400⁰C und 90 bar 90 min lang mit einer Kohlenwasserstofffraktion (Eb₇gQ = 350 500⁰C; Gehalt an Aromaten: 52 Gew.-%) behandelt. Die Atmosphäre besteht aus 95 %igem Wasserstoff.

Man erhält so ein transportierbares Material, das in den Methanisierungsreaktor in Form von Tröpfchenstrahlen eingeführt wird, die parallel zu den kohlenstoffhaltigen Feststoff strahlen (Korngröße von 25 bis 100 μια etwa) sind, die bei 1400⁰C eingeführt werden.

Die mittlere Temperatur liegt bei 1050⁰C, der Druck bei 80 bar und die Verweilzeit bei 10 Millisekunden (Zone A) und 200 Millisekunden (Zone B). Die Atmosphäre besteht aus 95 %igem Wasserstoff. Komplementärer Wasserstoff wird zwischen die Zonen A und B eingeführt.

Der Abstrom wird in einen Zyklon ohne wesentliche Kühlung gegeben: Die kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel (25 bis 100 μπ\ etwa) werden rückgewonnen und in einen Ofen derart gegeben, daß deren Rezyklisierung bei 1400⁰C möglich wird. Die anderen Produkte werden schnell auf 300⁰C

durch Einführen kalten Wasserstoffs gekühlt und in einen Zyklon gegeben, um die feinen kohlenstoffhaltigen Partikel (<25 μΐη) des Methan enthaltenden Gases, welches das Verfahrensprodukt ist, abzutrennen. . .

Die feinen kohlenstoffhaltigen Partikel werden in einen mit Sauerstoff und Wasserdampf gespeisten Reaktor gegeben, derart, daß reduzierendes, für das Verfahren notwendiges Gas (H2) erzeugt wird.
10

Pro Tonne Kohlenstoff gewinnt man 582 m³ Methan, 84 kg BTX (ein Geraisch aus Benzol, Toluol und Xylolen) sowie 40 kg anderer leichter Kohlenwasserstoffe.

-'fr-Leerseite

Claims

Patentanwälte European Patent Attorneys·1· ·:' '*" *:* Dr*W.-MüIler-Bore f Dietrich Lewald Dipl.-Ing. Dr. Paul Deufel , . Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsdb.-Ing. Dr. MaUer-Bori und Partner · POB 860720 . D- MOO MUndicn 8β ... Dr. Alfred Schon Dipl.-Chem. Äff.: 2 145 Werner Hertel Dipl.-Phye. Dr.-Ing. Dieter Otto Dipl.-Ing. J 1601 Institut Francais Du Petrole F-92502 Rueil-Malmaison, Frankreich Verfahren zum Methanisieren kohlenstoffhaltiger Feststoffe Patentansprüche

1. Verfahren zum Methanisieren eines kohlenstoffhaltigen Feststoffes, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

a) In einer ersten Stufe behandelt man das kohlenstoffhaltige pulverförmige Feststoffmaterial mit einem aromatische Kohlenwasserstoffe enthaltenden Schweröl und mit einem reduzierenden Wasserstoff enthaltenden Gas bei einer Temperatur von 300 bis 5 00⁰C und bei einem Druck von wenigstens 20 bar, derart, daß wenig stens ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in eine ölige Phase derart umgeformt wird, daß das Gemisch pumpbar, transportierbar und pulverisierbar wird, wobei das so erhaltene Gemisch halbverflüssigtes Produkt genannt wird;

D-SOCW Medien 86, Siebertstraße 4 · POB 860 720 · Kabel: Muebobat - Telefon (089) 474005

b) in einer zweiten Stufe führt man das halbverflüssigte Produkt in eine Kammer ein, die ein reduzierendes Gas einschließlich Wasserstoff enthält,

und zwar in Form einer Vielzahl von nach unten gerichteten Tröpfchenstrahlen und.führt heiße Feststoffpartikel aus einem Wärmeträgermaterial relativ großer Granulometrie in die gleiche Kammer in Form von nach unten gerichteten Strahlen ein, die parallel zu den Tröpfchenstrahlen sind, jedoch keinen direkten wesentlichen Kontakt mit diesen, wenigstens im oberen Teil der Kammer haben, wobei die Temperatur und der Durchsatz der Strahlen derart eingestellt sind, daß man eine mittlere Temperatur von 7 00 bis 1600⁰C in dieser Kammer aufrechterhält, wobei der Druck in der Kammer wenigstens 20 bar beträgt;

c) in einer dritten Stufe trennt man den Abstrom der Stufe (b) in eine Fraktion von Feststoffpartikeln relativ

0 großer Granulometrie und in eine Fraktion von Gasen und

kohlenstoffhaltigen Feststoffen relativ kleinerer Granulometrie ein, ohne wesentlich den Abstrom aus der Stufe (b) zu kühlen;

d) in einer vierten Stufe erwärmt man wenigstens einen Teil der Fraktion aus Feststoffpartikeln relativ großer Granulometrie und gibt sie zur Stufe (b) als Wärmeträgermaterial zurück;

e) in einer fünften Stufe kühlt man mittels" eines relativ kalten reduzierenden Wasserstoff enthaltenden Gases die Gase und kohlenstoffhaltige Feststoffe geringerer Granulometrie enthaltende Fraktion, dann trennt man diese Fraktion in eine Fraktion relativ feiner

kohlenstoffhaltiger Partikel und eine Fraktion gasförmiger Methan enthaltender Phase;

f) und wenigstens einen Teil der Fraktion aus relativ feinen Partikeln gemäß Stufe e) behandelt man mit

Sauerstoff und Wasserdampf zur Erzeugung eines reduzierenden Wasserstoff enthaltenden Gases und gibt wenigstens einen Teil dieses Gases in die Stufe (a) und wenigstens einen anderen Teil in die Stufe (b). 10

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (b) die Feststoffpartikelstrahlen die Form von Vorhängen aufweisen, welche eine Reihe der Strahlen aus pulverisierter Flüssigkeit trennen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (b) die Eintrittstemperatur der heißen Feststoffpartikel bei 800 bis 1600⁰C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (b) die Eintrittstemperatur der heißen Feststoffpartikel bei 1100 bis 1400⁰C gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (b) die Verweilzeit der Tröpfchen bei 1 bis 500 Millisekunden gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (a) das schwere Kohlenwasserstoff- öl durch einen rezyklisierten Teil der öligen in eben dieser Stufe geformten Phase gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das reduzierende in Stufe (f) erzeugte

Gas behandelt wird, indem wenigstens der größte Teil der enthaltenen Kohlenstoffoxide eliminiert wird, um in die Stufen (a) und (b) ein an Wasserstoff angereichertes Gas zu geben.
5

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ daß das Erwärmen der Feststoffpartikel gemäß Stufe (d) durch Verbrennen eines Teils der öligen gemäß Stufe (a) erhaltenen Phase durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die in Stufe (b) eingeführten Feststoffpartikel Kokspartikel sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ., dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ kalten Wasserstoff enthaltendes Gas in Stufe (b) an einer Zwischenstelle dieser Kammer zum Regeln der Reaktionstemperatur eingeführt wird.