NL8203909A

NL8203909A - Werkwijze en inrichting voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal.

Info

Publication number: NL8203909A
Application number: NL8203909A
Authority: NL
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1983-10-03
Also published as: BR8206416A; CA1208021A; KR880000353B1; ATA364182A; DE3233774C2; PL239081A1; IN156382B; IT1153274B; DD208986A5; FR2522333A1; NO158066B; MX161612A; ES8400477A1; NZ202333A; PL135926B1; AU546482B2; AU9002682A; YU235382A; PH18531A; NO823341L

Description

... * f m Λ

Werkwijze en inrichting voor het vergassen van koolstof-houdend materiaal.

De uitvinding heeft "betrekking op een werkwijze en op een inrichting voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal tot een gasmengsel dat in hoofdzaak bestaat uit een CO en Hg en hij voorkeur een totaal gehalte heeft aan COg en 5 Hg van minder dan 12 %.

Het is reeds lang bekend om koolstof te vergassen in schachtovens en retorten en ook om een partiele vergassing uit te voeren tezamen met een verkooksing. Het nadeel van de bekende methodsais tendele dat het Ónmogelijk is om de 10 verhouding tussen CO en Hg in het gevormde gas te regelen, maar,

Vooral, dat het gas ook een aantal ongewenste stoffen bevat zoals koolwaterstoffen, alkoholen, fenolen en teer. Deze laatste worden in hoofdzaak verkregen omdat de vergassing plaatsvindt bij lage temperatuur, dat wil zeggen bij temperaturen lager dan 15 1Q00°C en onder re-ducerende omstandigheden.

Om deze bezwaren weg te nemen, zijn er andere werkwijzen ontwikkeld waarbij de vergassing plaatsvindt bij hoge temperatuur en onder oxyderende omstandigheden, bijvoorbeeld de Koppers-Totzek-werkwijze. Deze werkwijze heeft echter 20 het bezwaar dat, tengevolge van het thermodynamisehe evenwicht, het HgO-gehalte betrekkelijk hoog wordt, wat betekent, dat om het gas te kunnen gebruiken voor de reductie van ijzererts, het op deze wijze bereide gas bijvoorbeeld eerst moet worden gekoeld, gewassen en dan opnieuw moet worden verwarmd. Voorts 25 zijn de mogelijkheden om de verhouding tussen CO en H^ in het gasmengsel dat de vergasser verlaat te beïnvloeden, bij deze werkwijze uitermate gering.

Het is nu verrassenderwijze mogelijk gebleken om de bezwaren en moeilijkheden van de bekende werkwijzen te 30 vermijden door meel van de werkwijze volgens de uitvinding, die in hoofdzaak wordt gekenmerkt doordat koolstofhoudend materiaal in de vorm van brokken aan een reactor, bij voorkeur een schacht- 8203909

V V

-\ 2 oven, van bovenaf -wordt toegevoerd via een insluissysteem tot een vooraf bepaald vulniveau, dat het gas dat wordt gevormd wordt afgevoerd uit de schacht op een niveau beneden het bovenoppervlak van het koolstofhoudende materiaal en dat oxydatie-5 middel en/of thermische energie worden toegevoerd, zowel boven het oppervlak van het koolstofhoudende materiaal als op een lager niveau in de schacht, beneden het niveau van de gasuitlaat. Bij de uitvinding vindt de vergassing plaats bij hoge temperatuur en onder oxyderende omstandigheden en 10 tegelijkertijd passeert het oorspronkelijk gevormde gas een heet bed van cokes of een cokesachtig materiaal, waar het H^O-gehalte van dat gas reageert met koolstof onder vorming van Hg en CO . Voorts maakt de werkwijze volgens de uitvinding het mogelijk om de CO/Hg-verhouding te regelen, omdat thermische 15 energie kan worden toegevoerd via piasmagenerators, zodat de verhouding tussen HgO, COg en Hg in het oxyderende gas binnen wijde grenzen kan worden gevarieerd.

Andere kenmerken van de uitvinding alsmede de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze worden geopen-20 baard in de bijgaande volgconclusies, waarvan de inhoud geacht wordt deel uit te maken van de beschrijving.

De uitvinding wordt nu nader beschreven aan · de hand van twee uitvoeringsvormen die zijn weergegeven in de tekening.

25 Figuur 1 geeft een basisschema van een inrich ting volgens de uitvinding en figuur 2 geeft een andere uitvoering weer van het onderste deel van de reactor van de inrichting die is weergegeven in figuur 1.

30 De inrichting die is weergegeven in figuur 1 en de alternatieve inrichting volgens figuur 2 bestaat uit een schachtoven 1, die bij de bodem is voorzien van tuyeres 2 en van piasmagenerators 3, die bij voorkeur symmetrisch rondom de schacht zijn geplaatst. Deze tuyeres.·zijn voorzien van 35 voedingsorganen voor oxydatiemiddel, bijvoorbeeld zuurstof, 8203909 3 H^O of CC>2 en eventueel voor poedervormig ko olst o fhoudend materiaal. Op een hoger niveau is de schacht 1 voorzien van een ringvormige trammel h met gasuitlaten 5 voor het afvoeren van in de schacht gevormd gas. Bovenaan de schacht 1 bevindt zich 5 een gasdicht insluissysteem 6 voor de toevoer van koolstof- houdend materiaal in de vorm van brokken en ook een tuyere die kan zijn verbonden met een piasmagenerator, 7, en invoerlansen 8, 9 voor oxydatiemiddel. Toervoerorganen 11', 12 voor het toevoeren van extra oxydatiemiddel als dat nodig is, monden uit 10 in de schacht op het niveau tussen het bovenste oppervlak 10 van,het in de schacht aanwezige vaste materiaal en de ringvormige trommel Λ. Om het mogelijk te maken dat de werkwijze wordt uitgevoerd met een vloeibare slak of vaste as, is het bodemgedeelte van de schacht 1 voorzien van hetzij een aftapkanaal 13 (figuur 15 1) voor slakken of van een roteerbare afvoertafel 1^ (figuur 2).

De in de tekeningen weergegeven inrichting werkt als volgt: om de gewenste vergassing te verkrijgen, wordt het koolstofhoudende materiaal in de vorm van brokken in de 20 schacht 1 ingevoerd, eventueel tezamen met een bindmiddel voor zwavel zoals dolomiet, via het insluissysteem 6 en wel tot een bepaald niveau. Thermische energie wordt toegevoerd door middel van één of meer piasmagenerators 3 respectievelijk 7» gelijktijdig met de toevoer van oxydatiemiddel bijvoorbeeld Og, 25 C02 of H20 dat wordt toegevoerd via toevoerorganen 2, respec tievelijk 8, 9. Het koolstofhoudende materiaal in de vorm van brokken, dat kan bestaan uit kolen, cokes, ligniet, houtskool of gedeeltelijk verkoold hout, enz. wordt zo onder oxyderende omstandigheden blootgesteld aan een hoge temperatuur, waarna de 30 vluchtige bestanddelen vrijkomen en reageren met het oxydatie- middel onder vorming van in hoofdzaak CO en Hg, terwijl het niet-vluchtige deel wordt verkookst en een vast cokes-achtig produkt in de vorm van brokken vormt. Het is belangrijk dat een overmaat oxydatiemiddel wordt toegevoerd om te voorkomen dat 35 roet wordt gevormd. Oxydatiemiddel dat niet met de vluchtige be- 8203909 i+ standdelen van het koolstofhoudende materiaal gereageerd heeft zal lager in de schacht 1 reageren met de gevormde cokes, onder vorming van meer CO en eventueel HgO. De in het bovenste gedeelte van de schacht, hoven het niveau van de ringvormige trommel 5 gevormde produkten zijn dus soortgelijke produkten als cokes die door de schacht omlaag blijven zakken en een gasvormig produkb dat in de eerste plaats bestaat uit CO en Hg dat de schacht 1 verlaat via de ringvormige trommel U. De temperatuur aan het oppervlak van het korrelige materiaal in de schacht kan vel ca 10 2000°C vorden, terwijl het gas dat de schacht via de ringvormige trommel h verlaat een maximum temperatuur heeft van 1500°C.

Het is ook mogelijk om de noodzakelijke thermische energie toe te voeren door partiele verbranding van het koolstofhoudende materiaal met zuurstof, in plaats van door toepassing van een 15 piasmagenerator. Een aantal tuyeres 2 zijn rondom het onderste gedeelte van de schacht 1 geplaatst velke tuyeres zijn voorzien van hetzij piasmagenerators of toevoerorganen voor zuurstof en toevoerorganen voor oxydatiemiddel en eventueel poedervormig koolstofmateriaal. Op dit niveau vorden zovel het cokesachtige 20 materiaal· 4at door de schacht omlaag zakt of valt en eventueel poedervormig koolstofhoudènd'materiaal dat vordt ingeblazen, volledig vergast. Eventuele COg en HgO die de reactiezone verlaten net voor de tuyere zullen verderop in de schacht reageren met de brokken materiaal terwijl deze omlaag bewegen, onder vor-25 ming van in hoofdzaak CQg en Hg. Het gevormde gas, dat in hoofd zaak bestaat uit CO en Hg, zal de schacht verlaten via de ringvormige trommel U.

Het kan aanbeveling verdienen om op dit niveau slakkenvormers toe te voeren, via de materiaallansen 2 en om 30 de viskositeit en het smeltpunt van de slak te regelen en/of

Ca en/of Mg bevattende stoffen voor het absorberen of binden van. zwavel, bijvoorbeeld dolomietpoeder, toe te voeren. Het is ook mogelijk de toevoer van warmte via plasmabranders op dit niveau te vervangen door partiele verbranding van het koolstofhoudende 35 materiaal door middel van zuurstof.

8203909 * * 5

Als een vloeibare slak gewenst, wordt, moet de temperatuur in de reactiezone voor de tuyeres 2 in het onderste gedeelte van de schacht boven 1600°C worden gehouden. Als de inrichting Werkt met as in vaste vorm, moet die temperatuur 5 beneden 1400°C worden gehouden.

De hier beschreven werkwijze voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal biedt grote mogelijkheden voor het regelen van de H^/CO-verhouding in het gevormde gas, tendele omdat de verhouding CO/HgO in het oxydatiemiddel kan 10 worden geregeld en tendele door de warmtetoevoer te verdelen tus sen partiele verbranding en warmtetoevoer via piasmagenerators.

De uitvinding is echter niet beperkt tot de in de tekeningen weergegeven en hiervoor beschreven uitvoeringsvorm, maar kan op velerlei wijzen worden gevarieerd zonder buiten 15 het kader van de, in de volgende conclusies omschreven uitvin ding te komen.

8203909

Claims

1. Werkwijze voor het vergassen van koolstof-houdend materiaal tot een gasmengsel dat in hoofdzaak bestaat uit CO en Hg, met het kenmerk, dat koolstofhoudend materiaal in 5 de vorm van brokken aan een reactor, bij voorkeur een schacht- oven, van bovenaf wordt toegevoerd via een insluitsysteem tot een vooraf bepaald, vulniveau, dat het gas dat wordt gevormd wordt afgevoerd uit de schacht op een niveau beneden het bovenoppervlak van het koolstofhoudende materiaal en dat oxydatiemiddel 10 en/of thermische energie worden toegevoerd, zowel boven het oppervlak van het koolstofhoudende materiaal als op een lager niveau in de schacht, beneden het niveau van de gasuitlaat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gevormde gas uit de schacht wordt afgevoerd op een 15 niveau dat meer dan 50 cm beneden het niveau ligt tot waar de reactor met het koolstofhoudende materiaal is gevuld.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het oxydatiemiddel en/of de thermische energie aan de schacht wordt toegevoerd op een niveau dat ca 20 100 cm lager ligt dan het niveau waar het gas wordt afgevoerd. h. Werkwijze volgens êén der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat HgO, C0g en/of zuurstofhoudend gas als oxydatiemiddel worden gebruikt.

5- Werkwijze volgens een der voorgaande con- 25 clusies, met het kenmerk, dat thermische energie wordt geleverd door een gas dat wordt gedwongen door een piasmagenerator te stromen.

6. Werkwijze volgens êên der conclusies 1. i+, met het kenmerk, dat thermische energie wordt geleverd 30 door partiele verbranding van het koolstofhoudende materiaal.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het oxydatiemiddel wordt toegevoerd op het bovenoppervlak van het koolstofhoudende materiaal in een zodanige hoeveelheid dat het tenminste correspondeert 35 met een partiele oxydatie van de vluchtige bestanddelen van het 8203909 τ koolstofhoudende materiaal.

8. Werkwijze volgens êén der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hoeveelheden HgO, zuurstof-hevattend gas en/of CO^ in het oxyderende gas zo worden gere- 5 geld dat in het gevormde gas de gewenste H^/CO-verhouding wordt bereikt.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat poedervormig koolstofhoudend materiaal op het onderste niveau in de schacht wordt ingespo- 10 ten tezamen met oxidatiemiddel en thermische energie.

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat materiaal in de vorm van brokken dat Ca en/of Mg bevat tezamen met het koolstofhoudende materiaal in de vorm van brokken wordt toegevoerd, om zwavel te 15 binden.

11. Werkwijze volgens êén der conclusies 1 - 9 5 dat poedervormig materiaal dat Ca en/of Mg bevat tezamen met het poedervormige koolstofhoudende materiaal wordt toegevoerd om zwavel te binden.

12. Werkwijze__volgens êén der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de toevoer'vahrtfaermische energie zodanig wordt geregeld dat het asgehalte van het koolstofhoudende materiaal een vloeibare slak vormt die wordt afgetapt bij de bodem van de schacht.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat slakvormers worden toegevoegd aan het koolstofhoudende materiaal om het smeltpunt en de viskositeit van de slak te regelen. 1^. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, 30 met het kenmerk, dat slakvormers aan het koolstofhoudende ma teriaal worden toegevoegd om de samenstelling van de slak zodanig te regelen dat een geschikt ruw produkt voor de bereiding van cement wordt verkregen.

15. Werkwijze volgens conclusie 12 - 1^, 35 met het kenmerk, dat de vloeibare slak wordt gegranuleerd en 8203909 r __ V » snel wordt afgekoeld met water als hij wordt afgetapt.

16. Werkwijze volgens êên der conclusies 1 -11, met het kenmerk, dat de toevoer van thermische energie zodanig wordt geregeld dat het asgehalte van het koolstofhou- 5 dende materiaal in de vaste fase blijft en wordt afgevoerd als een vast nevenprodukt uit het onderste gedeelte van de schacht.

17. Werkwijze volgens êên der conclusies 1 - 16, met het kenmerk, dat het koolstofhoudende materiaal geheel of tendele bestaat uit kolen, cokes, geperste cokes, hout, 10 partieel verkoold hout, houtskool, ligniet of turf.

18. Werkwijze volgens êên der conclusies 1 - 1Ts met het kenmerk, dat de vergassing plaatsvindt onder een hogere druk dan de atmosferische druk.

19· Inrichting voor het vergassen van kool-15 stofhoudend materiaal tot een gasmengsel dat in hoofdzaak be staat uit CO en Hg, waarin de werkwijze volgens de voorgaande conclusies kan worden uitgevoerd, gekenmerkt door een reactor (1) in de vorm van een schachtoven, met een insluissysteem. (6) aan het boveneinde waardoor koolstofhoudend. materiaal in de 20 vorm van brokken kan worden toegevoerd zonder dat gas langs die zijde ontwijkt, tot een vooraf bepaald vulniveau in de schacht, door aftaporganen voor de slak (13, 1½) die bij de bodem van de schacht (1) zijn aangebracht en door een ringvormige trommel (1+) die is voorzien van een gasuitlaat (5) voor het gevormde gas, 25 welke ringvormige trommel is geplaatst op een niveau gelegen beneden het vooraf bepaalde niveau tot waar de oven met het vaste materiaal wordt gevuld.

20. Inrichting volgens conclusie 19, gekenmerkt door middelen voor de toevoer van thermische energie 30 en/of oxy datiemiddel die zijn aangebracht beneden de gasuit laat (5) en/of boven het bovenoppervlak (het maximum niveau) van het vaste materiaal in de oven.

21. Inrichting volgens conclusie 19 of 20, gekenmerkt door piasmagenerators (3, 7) voor de toevoer van 35 thermische energie. 8203909 *r- - " ^

22. Inrichting volgens êên der conclusies 19 - 21, gekenmerkt doordat de aftaporganen voor slak bestaan uit een roteerbare afvoertafel (1¼).

23. Werkwijze en inrichting, in hoofdzaak 5 als beschreven in de beschrijving en/of zoals weergegeven in de tekening. 8203909