LU88772A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas und Kohlenmonoxid - Google Patents
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Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON SYNTHESEGAS UND KOHLENMONOXID
Es ist bekannt, durch kontinuierliche Vergasung von Braun- oder Steinkohle in Gegenwart von Wasserdampf und Luft bzw. Sauerstoff Gasgemische zu erzeugen, die für die Synthese von Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ammoniak, Oxoprodukten etc. geeignet sind.
Die Vergasung erfolgt beispielsweise in Festbetten, Wirbelschichten usw., wobei der chemischen Umsetzung folgende Reaktionsgleichung zugrunde liegt: 1. C + H20->C0 + H2
Das auf diese Weise entstandene Synthesegas enthält je nach Reaktionsführung wechselnde Mengen von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Stickstoff.
Ein Beispiel für diese Art der Kohlevergasung stellt das Koppers-Totzek-Verfahren dar, das das erwähnte Synthesegas aus Kohlenstoff, Wasserdampf und Sauerstoff erzeugt.
Will man ein für die Fischer-Tropsch-Synthese geeignetes Synthesegas erhalten, sorgt man durch entsprechende Temperaturführung dafür, daß ein Überschuß an Kohlenmonoxid vorhanden ist.
Ist dieser Überschuß zu groß, kann man durch sogenanntes Konvertieren eine größere Konzentration an Wasserstoff erhalten.
2. CO + H20 -> C02 + H2
Auf diese Weise läßt sich jedoch nur die Wasserstoffkonzentration eines Gases erhöhen. Im Falle eines Mangels an Kohlenmonoxid müssen andere, den Vergasungsprozeß relativ stark beeinflussende Maßnahmen ergriffen werden, wie beispielsweise die Einstellung des Boudouard-Gleichgewichtes, das sich entsprechend der Reaktionsgleichung 3 durch Temperaturerhöhung in Richtung Kohlenmonoxidbildung verschieben läßt.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein neues Verfahren zur Herstellung von Synthesegas bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas vorgeschlagen, wobei Kohlenstoff, Kohlenwasserstoff und Hydroxid bei Temperaturen von 500 bis 1200 °C umgesetzt werden.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung findet die Umsetzung des Kohlenstoffs, Kohlenwasserstoffs und des Hydroxids in einer Schmelze statt.
Die Schmelze kann desweiteren Oxide enthalten, die aus der Gruppe der Alkalimetalle ausgewählt sind.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen Hydroxid und Oxid zwischen 1:0,5 und 5:1.
Das Hydroxid wird am liebsten aus der Gruppe der Alkalihydroxide ausgewählt. Vorzugsweise wird Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid benutzt, wobei das Verhältnis zwischen Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid zwischen 1:0 und 1:10 liegt.
Die Schmelze kann weiterhin einen Katalysator enthalten, der ein nicht durch Natriumhydrid reduzierbares Metalloxid umfaßt und der, wenn möglich, gegenüber Schwefel und/oder Schwefelverbindungen beständig ist.
Als Kohlenwasserstoff kann Methan, Propan, Butan, Polyethylen, Polypropylen, Polykarbonate, Polystyrole, gebrauchte Lösungsmittel, Teere, öle oder Gummi eingesetzt werden.
Dieses Verfahren vermeidet die genannten Nachteile dadurch, daß die Vergasung des Kohlenstoffs bei hoher Temperatur vorzugsweise in einer Schmelze bestimmter Metallhydroxide und/oder Metalloxide erfolgt und zur Herstellung des Wasserstoffs Kohlenwasserstoffe benutzt werden, die bisher kaum oder nur in sehr geringem Maße eine industrielle Verwendung finden oder aber als Rückstände anfallen.
So kann man z.B. ein Synthesegas mit definierter Kohlenmonoxid- und Wasserstoffkonzentration auf folgende Weise erzeugen :
Zu diesem Zweck wird beispielsweise in eine Natriumhydroxidschmelze über einen Durchflußmesser Methangas und mit Hilfe einer Venturidüse Kohlenstoff eingebracht.
Beide Stoffe reagieren sofort mit der Schmelze und bilden neben Kohlenmonoxid und Wasserstoff Natriumhydrid, das aus dem Reaktionsgas mit Hilfe von Natriumhydroxid oder einem Kohlenwasserstoff in einer Waschkolonne ausgewaschen wird.
Während das Gas entweder für die Fischer-Tropsch-Synthese oder für die Energiegewinnung eingesetzt wird, lassen sich mit Hilfe des Natriumhydrids aus Wasser reiner Wasserstoff oder aus Metalloxiden oder Metallchloriden etc. Reinstmetalle herstellen oder es dient in der organischen Chemie als Reduktionsmittel.
Das in den Reaktionsgleichungen angeführte Methan kann selbstverständlich durch jeden beliebigen anderen Kohlenwasserstoff ersetzt werden, so z.B. durch Öle etwa in Form von Altöl, gebrauchte Lösungsmittel, Polyethylenabfall usw. Auch Gummiabfälle, Ölschlämme, Teere etc. können verwendet werden.
Das anfallende Alkalihydrid bedarf einer sorgfältigen Handhabung, da es äußerst explosiv ist.
Die Durchführung des Verfahrens gelingt bei Temperaturen, die vorzugsweise zwischen 560 und 1200°C liegen.
Das Verfahren zur Herstellung von Synthesegas kann in einem Reaktor ausgeführt werden, der Werkstoffe umfaßt, die Silber in Verbindung mit Metalloxiden enthalten.
Die Reaktorwerkstoffe sind vorzugsweise aus Materialien gewählt die mit Alkalihxydriden keine Metallate und wenn möglich auch keine oder nur in geringem Umfang Metallcarbonyle bilden.
Zur Eliminierung von Alkalihydriden aus dem Gas wird vorzugsweise eine Alkalihydroxidschmelze oder aber ein Kohelnwasserstoff eingesetzt.
Die anfallenden Alkalihydride können entweder zur Gewinnung von Metallen oder zur Gewinnung von Wasserstoff genutzt werden. Die dabei entstehenden Alkalihydroxide können in den Prozeß zurückgeführt werden.
Folgende Ausführungsbeispiele seien genannt:
In eine auf 650°C erhitzte Schmelze von Natriumhydroxid wurde über einen geeichten Durchflußmesser 3,2 I Propangas entsprechend 4,96 g eingeleitet. Es erfolgte eine nahezu quantitative Umsetzung, die eine Gasmenge von 22,0 I eines Gemisches von Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Volumenverhältnis von 3 : 4 ergab.
Das entstandene Natriumhydrid wurde mit Hilfe einer definierten Menge Toluol aus dem Synthesegas entfernt und gewogen. Das Gewicht des Natriumhydrids betrug 7,92 g.
Durch Umsetzung mit Wasser wurde ein Volumen von 7,38 Liter Wasserstoff erzeugt.
2 g Kohlenstoff wurden mit einer Natriumhydroxidschmelze bei einer Temperatur von 720°C zur Reaktion gebracht. Es entstand eine Gasmenge von 3,6 Liter Kohlenmonoxid.
Das gebildete Natriumumhydrid wurde wieder mit Toluol aus dem Gas entfernt und nach Wägung mit Wasser umgesetzt. Aus der ermittelten NaH-Menge von 3,85 g entstand ein Wasserstoffvolumen von 3,58 Litern.
1 g Kohlenstoff und 1,8 I Methan wurden bei einer Temperatur von 825°C mit einer Natriumhydroxidschmelze zur Reaktion gebracht. Das gebildete Gasvolumen betrug 6,27 Liter und bestand aus einem Volumenanteil Kohlenmonoxid und einem Volumenanteil Wasserstoff.
Die mit Toluol ausgewaschene Natriumhydridmenge betrug 3,38 g und lieferte ein Wasserstoffvolumen von 3,06 Litern.
Weitere Versuche wurden mit Kaliumhydroxid, Gemischen aus Kalium- und Natriumhydroxid und anderen Alkalihydroxiden durchgeführt, wobei als Kohlenstoffträger Polyethylen, Polypropylen, Polykarbonate, Polystyrole Teere, Gummi etc. eingesetzt wurden.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist nachstehend beispielhaft dargestellt:
In einem mit einem Gemisch von Alkalihydroxiden sowie Zusatzstoffen bestückten Reaktor 1 wird über einen Durchflußmesser 2 ein flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff eingeleitet und über eine Dosiervorrichtung 3 fester Kohlenstoff oder andere feste oder flüssige Kohlenstoffträger zugeführt.
Dort erfahren diese Stoffe die in den Gleichungen dargestellte chemische Umwandlung und liefern ein den eingeleiteten Stoffen entsprechendes Synthesegas sowie Alkalihydride.
Die vom Synthesegas mitgeführten Alkalihydride werden in der Waschkolonne 4 absorbiert und für die Gewinnung von Wasserstoff oder Metallen eingesetzt.
Das Synthesegas wird vom Kompressor 5 verdichtet und im Gasometer 6 gespeichert.
Von dort kann es für die Fischer-Tropsch-, die Alkohol- oder Oxosynthese bzw. zur Energiegewinnung eingesetzt werden.
Claims (9)
- 2. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Kohlenstoffs, Kohlenwasserstoffs und des Hydroxids in einer Schmelze stattfindet.
- 3. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze Oxide umfaßt, die aus der Gruppe der Alkalimetalle ausgewählt sind.
- 4. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Hydroxid und Oxid zwischen 1:0,5 und 5:1 liegt.
- 5. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydroxid aus der Gruppe der Alkalihydroxide ausgewählt ist.
- 6. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydroxid Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid ist.
- 7. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid zwischen 1:0 und 1:10 liegt.
- 8. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze einen Katalysator umfaßt, der ein nicht durch Natriumhydrid reduzierbares Metalloxid umfaßt.
- 9. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator gegenüber Schwefel und/oder Schwefelverbindungen beständig ist.
- 10. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff Methan, Propan, Butan, Polyethylen, Polypropylen, Polykarbonate, Polystyrole, Lösungsmittel, Teere, öle oder Gummi eingesetzt werden.
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1996
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