DE563006C - Process for generating a gas with a high hydrogen content by gasifying fuels with oxygen and water vapor - Google Patents

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Gases mit hohem Wasserstoffgehalt durch Vergasung von Brennstoffen mit Sauerstoff und Wasserdampf Die Erzeugung eines Generatorgases mittels eines Gemisches aus Wasserdampf und Luft bzw. eines Wassergases mittels eines Vergasungsmittels, das aus' Wasserdampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft besteht, ist bekannt. An Stelle oder neben dem Wasserdampf kann auch Kohlensäure als Vergasungsmittel dienen. Auch hat man schon mit der für die Vergasung benötigten Luft bzw. mit dem Sauerstoff nur einen Teil des Wasserdampfes gemischt und in die Vergasungszone eingeführt. Der Rest des Wasserdampfes wurde getrennt, z. B. durch besondere Formen, eingeblasen, die über oder bei Gleichstromvergasung unter den Formen für das Luft bzw. Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch lagen.- Des ferneren ist die Erzeugung von Wassergas durch einen kreisenden, in besonderen Apparaten hocherhitzten Gasstrom bekannt. Bei all diesen Verfahren wird ein Gas erhalten, das sich durch einen mehr oder minder hohen Kohlenoxydgehalt auszeichnet. Es ist ferner _ die Möglichkeit bekannt, den hohen Kohlenoxydgehalt des Gases, der in manchen Fällen, insbesondere bei Verwendung des Wassergases als Leuchtgas oder für chemische Zwecke, stört, dadurch, herabzusetzen, daß die Vergasung des Brennstoffs bei einer niedrigen Temperatur der Vergasungszone durchgeführt wird. Es steigt hierdurch der Kohlensäuregehalt des Gases und der Kohlenoxydgehalt fällt. Zur Dämpfung der Temperatur in der Vergasungszone wird in diesem Falle ein hoher Wasserdampfüberschuß dem Vergasungsmittel zugegeben. Der hohe Wasserdampfüberschuß wirkt sich aber in verschiedener Hinsicht schädlich aus, insbesondere fällt die Vergasungsleistung des Generators sehr stark ab, da infolge der niedrigen Temperatur in der Vergasungszone die heterogene Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem Vergasungsmittel nur- träge verlaufen kann und durch die hohe Beimischung des Wasserdampfes der prozentuale Gehalt des Vergasungsmittels an Sauerstoff usw. sehr stark herabgesetzt wird. Eine hohe Vergasungsleistung verlangt also, eine möglichst hohe Temperatur, eine hohe Wasserstoffausbeute dagegen Aine niedrige Temperatur der Vergasungszone. Beide Forderungen lassen sich deshalb nicht ohne weiteres miteinander vereinigen.Process for producing a gas with a high hydrogen content by Gasification of fuels with oxygen and water vapor The production of a generator gas by means of a mixture of water vapor and air or a water gas means a gasification agent, which consists of 'water vapor and oxygen or oxygen-enriched It is well known that there is air. Carbon dioxide can also be used instead of or in addition to water vapor serve as a gasification agent. Also you already have with the one needed for the gassing Air or mixed with the oxygen only part of the water vapor and into the Gasification zone introduced. The rest of the water vapor was separated, e.g. B. by special shapes, blown in above or below the with cocurrent gasification Forms for the air or oxygen-water vapor mixture lay the production of water gas by a circulating, highly heated in special apparatus Known gas flow. In all of these processes, a gas is obtained that can pass through is characterized by a more or less high carbon oxide content. It is also the possibility known the high carbon dioxide content of the gas, which in some cases, in particular when using the water gas as luminous gas or for chemical purposes, disturbs, thereby, that reduce the gasification of the fuel at a low temperature the gasification zone is carried out. This increases the carbonic acid content of the gas and the carbon dioxide content falls. To dampen the temperature in the gasification zone In this case, a large excess of water vapor is added to the gasifying agent. However, the high excess of water vapor has a detrimental effect in various respects from, in particular, the gasification performance of the generator falls very sharply because due to the low temperature in the gasification zone the heterogeneous reaction between the carbon and the gasification agent can only run slowly and through the high admixture of water vapor the percentage content of the gasification agent oxygen, etc., is greatly reduced. A high gasification performance is required that is, as high a temperature as possible, a high hydrogen yield, on the other hand, Aine low temperature of the gasification zone. Both demands can therefore not be met unite with each other without further ado.

Allerdings hat man versucht, den Wasserstoffgehalt des mit Luft oder Sauerstoff und Wasserdampf erblasenen Gases dadurch zu erhöhen, daß man das Gas durch die Vergasungsrückstände hindurch aus dem Gaserzeuger abzog. Der Brennstoff wanderte hierbei durch eine außenbeheizte Retorte, in der er entgast, wurde, in den eigentlichen Ga'serzeugen in - -dem - die Vergasung erfolgte. Durch entsprechende Regelung der Vergasungsmi-ttelzufuhr -und -durch stufenweise Einführung des für die Vergasung benötigten Wasserdampfes wurde dafür gesorgt, däß die Temperatur in der Vergasungszone schrittweise --von oben nach unten abnähm. Auch die flüchtigen Schwelprodukte wurden zwecks Abspaltung von Wasserstoff durch den Gaserzeuger hindurch abgeführt. Nach Austritt aus dem Gaserzeuger konnte zwecks weiterer Umsetzung des im Gase enthaltenen Kohlenmonoxyds mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlensäure das Gas noch heiß durch Räume geleitet werden, in denen sich Katalysatoren, z. B. Brennstoffrückstände, befanden.However, attempts have been made to measure the hydrogen content of the with air or Oxygen and water vapor to be increased by blowing the gas withdrew from the gas generator through the gasification residues. The fuel migrated through an externally heated retort, in he degassed, was, in the actual gas production in - -dem - the gassing took place. By Appropriate regulation of the gasification agent supply and through gradual introduction of the water vapor required for the gasification was ensured that the temperature in the gasification zone gradually - decrease from top to bottom. Even the fleeting ones Carbonization products were passed through the gas generator for the purpose of splitting off hydrogen discharged. After leaving the gas generator, for the purpose of further implementation of the carbon monoxide contained in the gas with water vapor to hydrogen and carbonic acid the gas can still be passed through rooms in which there are catalysts, e.g. B. Fuel residues.

Abgesehen davon, daß hierbei das Vergasungsmittel im Gleichstrom mit dem Brennstoff geführt werden mußte, wurde die Vergasung selbst bei niedriger Temperatur durchgeführt, damit schon im eigentlichen Vergasungsvorgang ein hoher Wasserstoffgehalt des Gases erzielt wurde. Mit einem derartigen Verfahren kommt man deshalb nicht auf große Vergasungsleistungen.Apart from the fact that here the gasification agent in cocurrent with the fuel had to be conducted, the gasification was even at low temperature carried out, so that a high hydrogen content already in the actual gasification process of the gas has been achieved. That is why such a procedure cannot be used on great gasification performances.

Dagegen wird dies möglich durch die Erfindung. Die Erfindung geht aus von der Erkenütnis, daß auch- heißer Schwelkoks durch katalytische Wirkung die homogene Wassergasreaktion beschleunigt. Diese Eigenschaft des Schwelkoks wird gemäß . der Erfindung in der Weise ausgenutzt, daß die eigentliche Vergasung des Schwelkokses mit- Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft,und wenig Wasserdampf durchgeführt wird. - Die Vergasungstemperatur ist also sehr hoch, z. B.. etwa z5oö° C. Es wird demgemäß' zwar ein Gas erzeugt, das zunächst auch einen entsprechend hohen Gehalt an Kohlenmonoxyd hat. Doch hat die hohe Vergasungstempera- -tur den Vorteil, sehr hohe Vergasungsleistungen zu ermöglichen. ` Um den Wasserstoffgehalt des Gases zu erhöhen, werden diesem, wenn- es aus -der Vergasungszone austritt, weitere. Wasserdampfmengen zugesetzt. In Gegenwart von heißem Schwellooks verläuft dann; da die- frisch gebildeten Gase stärk reaktionsfähig sind und der frische Schwelkokos katalytisch wirkt,' die Umsetzung des Kohlenmonoxyds mittels zugeführtem Wasserdampf -zu Wasserstoff und Kohlendioxyd ziemlich schnell und vollständig. Man erzielt also im Verfahren gemäß der Erfindung ein wasserstoffreiches Gas bei sehr hoher Vergasungsleistung.In contrast, this is made possible by the invention. The invention works from the knowledge that hot coke also has a catalytic effect accelerated homogeneous water gas reaction. This property of the smoldering coke is according to . of the invention exploited in such a way that the actual gasification of the smoldering coke carried out with oxygen or oxygen-enriched air, and little water vapor will. - The gasification temperature is therefore very high, e.g. B .. about z5oö ° C. It will accordingly 'generates a gas that initially also has a correspondingly high content has carbon monoxide. But the high gasification temperature has the advantage of being very enable high gasification performance. `To increase the hydrogen content of the gas increase, this, if it exits from the gasification zone, will be further. Amounts of water vapor added. In the presence of a hot smoldering look then runs; there the-freshly educated Gases are highly reactive and the fresh smoldering coconut has a catalytic effect, 'the Conversion of the carbon monoxide by means of supplied water vapor -to hydrogen and Carbon dioxide fairly quickly and completely. One thus achieves in the method according to According to the invention, a hydrogen-rich gas with a very high gasification capacity.

Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl für eine kontinuierliche als auch diskontinuierliche Gaserzeugung anwendbar. Es eignet sich sowohl für die Verarbeitung eines stückigen als auch eines feinkörnigen oder pulverförmigen Brennstoffes. In letztem Falle wird der Brennstoff mit Vorteil im Schwebezustand vergast, wobei dann der zusätzliche Wasserdampf dem Vergaser in einer späteren Zone, also in einem zweiten Teil des Reaktionsraumes zugeführt wird.The method according to the invention is both for a continuous as well as discontinuous gas generation. It is suitable for both the Processing of lumpy as well as fine-grained or powdered fuel. In the latter case, the fuel is advantageously gasified in the suspension state, with then the additional steam to the carburetor in a later zone, i.e. in one second part of the reaction chamber is supplied.

Außer Schwelkoks können dem Verfahren auch noch andere Brennstoffe, wie BraunkoMe, bituminöse Schiefer, Ka=elkohle, jüngere Steinkohle, Holz oder Torf, unterworfen werden, die dann vor der Vergasung entgast werden. Aus der Entgasungszone gelangt der Brennstoff in die Reaktionszone, in der die Umsetzung des erzeugten Gases mit dem zusätzlich eingeführten Wasserdampf vor sich geht. Die Entgasung des Brennstoffs und seine eventuelle Trocknung erfolgen mit den bereits umgebildeten Gasen. Die katalytische Wirkung des aus dem Brennstoff durch unmittelbar vorangehende Entgasung erzeugten Schwelkokses ist besonders kräftig. In anderen Fällen, z. B. bei Verwendung anderer Brennstoffe und überhaupt dann, wenn die katalytische Wirkung zu wünschen übrig läßt, kann sie durch besondere Maßnahmen, z. B. durch Verwendung von zusätzlichen Katalysatoren, beschleunigt werden.In addition to coke, other fuels can also be used in the process, such as brown coal, bituminous slate, coal, younger coal, wood or peat, which are then degassed prior to gasification. From the degassing zone the fuel enters the reaction zone, in which the conversion of the generated Gas with the additionally introduced water vapor is going on. The degassing of the Fuel and its eventual drying take place with the already transformed Gases. The catalytic effect of the fuel through immediately preceding Smoldering coke produced by degassing is particularly powerful. In other cases, e.g. B. when using other fuels and at all when the catalytic effect leaves something to be desired, it can be replaced by special measures, e.g. B. by use by additional catalysts.

In besonderen Fällen, z. B. bei 'der Vergasung mit Sauerstoff 'oder von Staubkohle .im Schwebezustand, kann die Vergasungstemperatur noch höher als. oben beispielsweise angegeben gehalten werden. Es entsteht in der Vergasungszone selbst in erster Linie Kohlenoxyd, wobei die Reaktionen infolge der hohen Temperaturen rasch verlaufen. Unmittelbar hinter dieser Zone " wird weiterer Wasserdampf, der vorteilhaft hoch überhitzt ist, zugeführt und hierdurch die Verbrennung des Kohlenoxydes, zu Kohlendioxyd sowie die Bildung von Wasserstoff nach der homogenen Reaktion C O --[ H"0 - C 02 + H2 eingeleitet. Die günstigsteReaktionstemperatur läßt sich z. B. durch Regelung der Überhitzung des Wasserdampfes einstellen. Da die Kohlenoxydverbrennung unter Wärmeentbindung verläuft, ist sichergestellt, daß die Gastemperatur nicht zu stark abfällt, was bei einem normalen Generatorprözeß leicht durch die Wärmeabgabe an den frischen Brennstoff zwecks Erhitzung und Trocknung desselben der Fall ist. - Um auch dieser Möglichkeit bei einzelnen Brennstoffen zu begegnen, kann der Brennstoff dem Vergaser vorgetrocknet oder stark vorgewärmt oder glühend zugeführt «erden.In special cases, e.g. B. in 'the gasification with oxygen' or of pulverized coal. in suspension, the gasification temperature can be even higher than. for example given above. It arises in the gasification zone itself primarily carbon monoxide, the reactions as a result of the high temperatures run quickly. Immediately behind this zone "there is more water vapor that is advantageously highly overheated, and thereby the combustion of the carbon oxide, to carbon dioxide and the formation of hydrogen after the homogeneous reaction C O - [H "0 - C 02 + H2 introduced. The most favorable reaction temperature can be e.g. B. set by regulating the overheating of the steam. Because the carbon dioxide combustion takes place with release of heat, it is ensured that the gas temperature does not drops too much, which in a normal generator process can easily be caused by the heat dissipation on the fresh fuel for the purpose of heating and drying it. - In order to counteract this possibility with individual fuels, the fuel Pre-dried or strongly preheated or red-hot supplied to the carburettor «ground.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Erzeugung eines Gases mit-hohem Wasserstoffgehalt durch Vergasung von Brennstoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Wasserdampf und durch Zerlegung des im Gase enthaltenen Kohlenmonoxyds nach der homogenen Wassergasreaktion, wobei die Vergasung in ruhender oder bewegter Schicht oder im Schwebezustand des Brennstoffs durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung des Brennstoffs mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und wenig Wasserdampf bei hoher, die Kohlenmonoxydbildung begünstigender Temperatur erfolgt und daß die Zerlegung des im Gase enthaltenen Kohlenmonoxyds in einer der Vergasungszone vorgeschalteten Reaktionszone unter Einleiten von zusätzlichem Wasserdampf, der vorteilhaft hoch überhitzt ist, und unter Ausnutzung der Katalysatorwirkung des heißen zu vergasenden Schwelkokses bzw. abgeschwelten Brennstoffs erfolgt, der aus der Reaktionszone unmittelbar in die Vergasungszone gelangt. a. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergasungsmittel ein kreisendes, hocherhitztes Gas benutzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch z und z, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in die Vergasungseinrichtung stark vorgetrocknet oder glühend eingeführt wird. q.. Verfahren nach Anspruch r bis> 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff noch Katalysatoren zugesetzt werden, die die Kohlenmonoxydzerlegung begünstigen.PATENT CLAIMS: e.g. Process for generating a gas with a high hydrogen content by gasifying fuels with oxygen or oxygen-enriched air and water vapor and by decomposing the carbon monoxide contained in the gas according to the homogeneous water gas reaction, the gasification being carried out in a stationary or moving layer or while the fuel is in suspension characterized in that the gasification of the fuel with oxygen or oxygen-enriched air and little water vapor takes place at a high temperature which favors the formation of carbon monoxide and that the decomposition of the carbon monoxide contained in the gases in a reaction zone upstream of the gasification zone with the introduction of additional water vapor, which is advantageously highly superheated, and taking advantage of the catalytic effect of the hot low-temperature coke to be gasified or burned-off fuel, which passes from the reaction zone directly into the gasification zone. a. Method according to Claim z, characterized in that a circulating, highly heated gas is used as the gasification agent. 3. The method according to claim z and z, characterized in that the fuel is strongly predried or introduced glowing into the gasification device. q .. Process according to claim r to > 3, characterized in that catalysts are added to the fuel which promote the decomposition of carbon monoxide.