DE3631015C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gases unter
Anwendung handelsüblich bekannter Technologie und Verwendung
irgendeiner Form eines Kohlenstoff- und/oder Kohlenwasserstoff-
Ausgangsmaterials, ohne daß dieses Gas energie- und
kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen werden muß,
bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder Synthesegas verwendet
wird.
Bei Verfahren, welche die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen,
wie z. B. Methan, unter Druck ausnutzen (US-PS 27 01 757),
um Energie zu liefern, sowie in Verfahren, welche andere Ausgangsstoffe
als getrockneten Koks verwenden, wie beispielsweise
bituminöse Kohle, Pech u. dgl., wird ein Gas erhalten,
welches H₂O und Kohlenwasserstoffe ebenso wie CO+H₂ enthält.
Normalerweise wird auf einen Maximalgehalt an CO₂+H₂O von
etwa 10% im Gas hingearbeitet, während gleichzeitig der
Gehalt an schweren Kohlenwasserstoffen so nahe wie möglich bei
0% liegen sollte.
In herkömmlichen Vergasungsprozessen, welche Sauerstoffgas
(Luft) und Dampf verwenden, bei denen das Gas und
kohlenstoffhaltiges Material sich im Gegenstrom bewegen,
ist es möglich, die Wärme besonders gut auszunutzen, doch
kann dieses Gas infolge der niedrigen Reaktionstemperatur
große Mengen an Teer enthalten. Außerdem erhält man ein
Restprodukt in Form von Asche, welche schwer zu beseitigen
ist, ohne die Umgebung zu schädigen. Beträchtliche Vorteile
lassen sich durch Erhöhung der Reaktionstemperatur in der
Verbrennungsstufe erzielen, so daß die Asche schmilzt, und
durch Erhöhung des Prozeßdruckes. Die abgelassene und
festgewordene Schlacke ist äußerst widerstandsfähig gegenüber
Auslaugen und die Produktion pro Einheitsvolumen des Reaktors
wird erhöht. Außerdem kann der Überschuß an Sauerstoff für
Reduktionsprozesse auf einer vernünftigen Höhe gehalten werden,
d. h. es braucht weniger an gebildetem Kohlenmonoxid
zu CO2 verbrannt zu werden, um beispielsweise Wärmeverluste
abzudecken. Das Teerproblem bleibt jedoch bestehen und das
Gas kann daher nicht direkt, beispielsweise als Reduktionsgas,
verwendet werden. Deshalb ist auch vorgeschlagen worden (DE-OS
34 23 513), das Gas mit einem heißen Gas zu mischen, um Teer
und andere Verunreinigungen umzuwandeln.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein
Verfahren zu schaffen, welches die Verwendung irgendwelcher
Form von Ausgangsmaterial erlaubt, welches Kohlenstoff und/
oder Kohlenwasserstoff für die Gaserzeugung verwendet, während
auch handelsüblich bekannte Technologie angewendet wird, wobei
das Gas keinen energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen
unterworfen werden muß, bevor es als Reduktionsgas,
Brenngas oder Synthesegas verwendet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren
der eingangs genannten Art vor, welches im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet ist, daß aus einem Kohlenstoff und/oder
Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden
Ausgangsstoff hergestelltes Gas gleichzeitig mit einem in einem
Plasmagenerator erhitzten Gas in eine Reduktionskammer
eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene
Kohlenwasserstoff zerlegt wird.
Es wurde festgestellt, daß durch Zufuhr eines heißen Gases,
welches durch einen Plasmagenerator erhitzt wurde und daher
eine extrem hohe Energiedichte besitzt, ein thermischer
Zerfall des Kohlenwasserstoffs im Gas von Vergaser ebenso
erzielt wird wie die Reaktion mit H2O, O2 und/oder CO2
im Gas zur Ausbildung von H2 und CO. Infolge der hohen
Energiedichte in dem zugeführten Gas wird eine vergleichsweise
geringe Gasmenge benötigt, wodurch der Prozeß möglich wird.
Das Gas kann durch Pyrolyse oder partielle Verbrennung von
Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff enthaltendem Material
wie beispielsweise Torf, Steinkohle, Anthrazit oder
Forstabfälle erzeugt werden. Wenn Koksofengas aus der
Pyrolyse von Steinkohle verwendet werden soll, ergeben sich
weitere Verunreinigungen sowie Kohlenwasserstoffe. Ein großer
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch diese in der
zusätzlichen Reaktionskammer zerlegt werden.
Gemäß einem Vorschlag der Erfindung wird das Gas nach
Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer durch eine
Kalkstein- oder Dolomitfüllung geleitet, um Schwefel zu
entfernen. Der für diese Entschwefelung verwendete Kalkstein
oder Dolomit kann auch als Katalysator zum Zerlegen von
Kohlenwasserstoff und bei der Reaktion mit Oxidationsmittel
wirken. Dadurch kann der Stromverbrauch in der zusätzlichen
Reaktionskammer entsprechend gesenkt werden.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Gehalt
an CO2 + H2O im Gas der zusätzlichen Reaktionskammer auf
unter 5% gesteuert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgend detaillierten Beschreibung anhand der
Zeichnung, welche schematisch das Flußdiagramm
eines erfindungsgemäßen Gaserzeugungsprozesses in Verbindung
mit einem anschließenden Reduktionsprozeß zeigt.
In einem Vergaser oder Koksofen 1 wird ein Rohgas erzeugt.
Das erzeugte Rohgas wird einer zusätzlichen Reaktionskammer
2 zugeleitet. In Verbindung mit dieser zusätzlichen
Reaktionskammer ist zumindest ein Plasmagenerator 3 für die
Zufuhr eines Heißgases mit
hoher Energiedichte vorgesehen.
Der Kohlenwasserstoff im Rohgas wird in der zusätzlichen
Reaktionskammer zerlegt und reagiert zur Ausbildung von
CO + H2. Feinverteilter Koks oder H2O können über Lanzen 4
in die zusätzliche Reaktionskammer eingeblasen werden, um
das Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis einzustellen.
Anschließend wird das Gas im Schacht 5 einer Entschwefelung
unterworfen, wobei dieser Schacht eine Füllung 6 aus Kalkstein
oder Dolomit enthält, welche durch eine gasdichte Schleuse 7
zugeführt werden, während verbrauchte Füllung am Boden des
Schachtes durch eine gasdichte Schleuse 8 abgenommen wird.
Irgendwelche im Gas zurückgebliebenen Kohlenwasserstoffe
werden in der Kalkstein- oder Dolomitfüllung ebenfalls
katalytisch zerlegt. Dies kann ausgenutzt werden, um den
elektrischen Stromverbrauch im Plasmagenerator 3 zu senken,
welcher für den thermischen Zerfall des
Kohlenwasserstoffgehaltes verwendet wird.
Das auf diese Weise gereinigte Gas, welches im wesentlichen
nur H2 + CO sowie eine geringe Menge an H2O + CH2 enthält,
kann einer Kammer 9 zugeleitet werden, um in Bezug auf seine
Temperatur und Zusammensetzung kontrolliert zu werden, bevor
es in einen Schachtofen 10 zur Reduktion von oxidischem
Material eingeleitet wird.
Das erzeugte Gas wird durch einen Einlaß 12 am Boden des
Schachtofens 10 eingeleitet und strömt im Gegenstrom zu dem
Metalloxid enthaltenden Material durch den Schachtofen
hindurch. Das teilweise verbrauchte Gas, welches
Verunreinigungen und Staub enthält, wird durch einen Auslaß 13
abgesaugt und in einem Wäscher 14 gereinigt.
Das gereinigte, teilweise verbrauchte Gas kann dann für andere
Zwecke verwendet werden, wie dies durch den Filter 15 angezeigt
wird. Erforderlichenfalls kann ein Teil des Gases über Leitungen
16, 16 a, 16 b erneut dem Verfahren zugeleitet werden und
beispielsweise in der Mischkammer 9 verwendet werden, um die
Temperatur und Zusammensetzung des in den Schachtofen
einzuleitenden Gases zu steuern. Ein Teil des wieder in
Umlauf gebrachten Gases kann auch im Plasmagenerator in
Verbindung mit der zusätzlichen Reaktionskammer verwendet
werden.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel weiterhin
illustriert.
10 to Forstabfälle, welche 30% Wasser enthielten und im
übrigen folgende Zusammensetzung hatten
werden von oben her pro Stunde in einen Gegenstromvergaser
eingebracht, während ein Oxidationsmittel am Boden des
Vergasers in Form von auf 1000°C erhitzter Luft eingeleitet
wird. An Luft werden 3700 Nm3 zugesetzt. Das Gichtgas hatte
folgende Zusammensetzung
Gleichzeitig wird eine Teerprobe entnommen, welche zeigt, daß
das Gas 3,2 g an Teer/Nm3 enthält.
Die Temperatur des ausströmenden Gases beträgt 440°C und
sein Volumen etwa 17 200 Nm3. Das Gas wird nunmehr einer
zusätzlichen Reaktionskammer zugeleitet und durch in
Plasmageneratoren erhitzte Luft erhitzt. Die benötigte
Luftmenge beträgt nur etwa 2100 Nm3. Mit Hilfe des
Plasmagenerators wird die Temperatur des eintretenden Gases
auf 1250°C erhöht, und dies bei einem Stromverbrauch von
annähernd 8,7 MWh.
Aus dem erhitzten Pyrolysegas werden somit die Methan- und
Teeranteile entfernt und das die Kammer verlassende Gas hat
folgende Zusammensetzung
Die Gasmenge an ausströmendem Gas beträgt annähernd 19 900 Nm3.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff
enthaltenden Gases unter Anwendung handelsüblich bekannter
Technologie und Verwendung irgendeiner Form eines Kohlenstoff-
und/oder Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials, ohne daß dieses
Gas energie- und kostenaufwendigen Waschvorgängen unterworfen
werden muß, bevor es als Reduktionsgas, Brenngas oder
Synthesegas verwendet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das aus einem Kohlenstoff
und/oder Kohlenwasserstoff sowie Oxidationsmittel enthaltenden
Ausgangsstoff hergestellte Gas gleichzeitig mit einem in einem
Plasmagenerator (3) erhitzten Gas in eine Reduktionskammer (2)
eingeleitet wird, in welcher der im Gas enthaltene
Kohlenwasserstoff zerlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas nach Durchlaufen der zusätzlichen Reaktionskammer (2)
durch eine Kalkstein- oder Dolomitfüllung (6) geleitet wird,
in welcher Schwefel entfernt wird, restlicher Kohlenwasserstoff
zerlegt wird und eine Reaktion mit dem Oxidationsmittel
erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in die zusätzliche Reaktionskammer (2) fein verteilter
Koks und/oder Wasser eingeblasen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gehalt an CO2 und H2O in dem die
zusätzliche Reaktionskammer (2) verlassenden Gas auf unter
5% gesteuert wird.
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