DD229712A5 - METHOD AND DEVICE FOR REDUCING OXIDICAL MATERIAL AT THE CIRCULAR PRODUCTION OF A GAS SUITABLE FOR RECEIVING HEAT ENERGY - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von oxidischem Material unter gleichzeitiger Erzeugung eines zur Rueckgewinnung von Waermeenergie geeigneten Gases. Ein hauptsaechlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehendes Reduktionsgas wird aus kohlenstoffhaltigem oder wasserstoffhaltigem Material in einem besonderen schachtfoermigen Gasgenerator mit Hilfe von Waermeenergie seitens wenigstens eines Plasmagenerators hergestellt. Das derart hergestellte Reduktionsgas wird, wahlweise nach Entschwefelung und nach Einstellung seiner Temperatur, in einen Reduktionsschachtofen eingeleitet, der das oxidische Material enthaelt. Das teilweise verbrauchte Reduktionsgas, welches aus dem Schachtofen entnommen wird, wird von Wasser und staubartigen Teilchen befreit, woraufhin ein Teilstrom des Umlaufgases zur Rueckgewinnung von Waermeenergie ausgenutzt wird und ein weiterer Teilstrom dem Prozess erneut zugefuehrt wird. Fig. 1Method and apparatus for the reduction of oxidic material with simultaneous generation of a gas suitable for the recovery of heat energy. A reducing gas consisting mainly of carbon monoxide and hydrogen is produced from carbonaceous or hydrogen-containing material in a special shaft-shaped gas generator by means of heat energy from at least one plasma generator. The reducing gas thus prepared is, optionally after desulfurization and after adjusting its temperature, introduced into a reduction shaft furnace containing the oxidic material. The partially consumed reducing gas, which is removed from the shaft furnace, is freed from water and dust-like particles, whereupon a partial flow of the circulating gas is utilized for the recovery of heat energy and another partial flow is fed to the process again. Fig. 1
Description
19. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kohlenstoffträger wie beispielsweise Methan, Methanol und/oder Propan zugesetzt wird, um das Aufkohlungspotential des erzeugten Reduktionsgases zu steuern und einer Methanisierung entgegenzuwirken.A method according to any one of items 1 to 18, characterized in that a carbon carrier such as methane, methanol and / or propane is added to control the carburizing potential of the generated reducing gas and to counteract methanation.
20. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß als Gegenmittel gegen Rußablagerungen H2S zugeführt wird.20. The method according to any one of items 1 to 18, characterized in that H 2 S is supplied as an antidote to soot deposits.
21. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß das Reduktionsgas mittels einer zweistufigen Vergasung erzeugt wird, bei welcher das Ausgangsmaterial teilweise verbrannt und zumindest teilweise in einer Vergasungskammer (29) vergast wird, woraufhin die Gasmischung in einen eine Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigem Material enthaltenden Schacht (30) des Gasgenerators (31) eingeleitet wird und daß der physikalische Wärmegehalt der Mischung aus der Vergasungskammer (29) in der Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigem Material ausgenutzt wird, um den Gehalt an Kohlendioxid und Wasser im Gas zu verringern, wobei der Gaserzeugungsprozeß derart gesteuert wird, daß das abgezogene Gas eine für einen nachfolgenden Prozeßschritt geeignete Temperatur und Zusammensetzung besitzt.21. The method according to any one of items 1 to 18, characterized in that the reducing gas is generated by means of a two-stage gasification in which the starting material is partially burned and at least partially gasified in a gasification chamber (29), whereupon the gas mixture in a one bed of carbonaceous material containing chunk material (30) of the gas generator (31) is introduced and that the physical heat content of the mixture from the gasification chamber (29) is utilized in the bed of carbonaceous lumpy material to the content of carbon dioxide and water in the gas wherein the gas generating process is controlled such that the withdrawn gas has a temperature and composition suitable for a subsequent process step.
22. Einrichtung zur Reduktion von oxidischem Material bei gleichzeitiger Erzeugung eines zur Rückgewinnung von22. Device for the reduction of oxidic material while generating a for the recovery of
^ Wärmeenergie geeigneten Gases zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet durch einen Gasgenerator (11; 31) für Reduktionsgas mit einer Reaktionskammer (29), wenigstens einem Plasmagenerator (10; 37) mit im Bodc-n der Reaktionskammer (29) liegender Mündung, einem an den Gasgenerator (11; 31) wahlweise über einen Schwefelfiter (22) angeschlossenen Schachtofen (1), welcher das zu reduzierende oxidische Material enthält, einen im oberen Teil dieses Schachtofens (1) angeordneten Gasauslaß (4), einen neben diesem Gasauslaß (4) angeordneten Abscheider (5) zur Abscheidung von Wasser und staubartigen Teilchen aus dem gewaschenen Gasstrom und einen nachfolgenden Gasauslaß (6) zur Abgabe von zur Rückgewinnung von Wärmeenergie geeignetem Gas sowie einer Hauptrückführleitung (7; 14) für wenigstens einen Teilstrom dieses Gases zum Gasgenerator (11; 31) und/oder zur Temperatursteuerung des im Gasgenerator (11; 31) erzeugten Reduktionsgases.Heat energy of suitable gas for carrying out the method according to item 1, characterized by a gas generator (11, 31) for reducing gas with a reaction chamber (29), at least one plasma generator (10, 37) with mouth located in the bottom of the reaction chamber (29) in that a shaft furnace (1) connected to the gas generator (11; 31) optionally via a sulfur filter (22) containing the oxidic material to be reduced has a gas outlet (4) arranged in the upper part of this shaft furnace (1), one next to said gas outlet (4) arranged separators (5) for separating water and dust-like particles from the scrubbed gas stream and a subsequent gas outlet (6) for the delivery of heat energy suitable gas and a main return line (7; 14) for at least a partial flow of this gas Gas generator (11; 31) and / or for temperature control of the gas generated in the gas generator (11; 31) reducing gas.
23. Einrichtung nach Punkt 22, gekennzeichnet dadurch, daß in den Leitungen (14; 18; 21) zwischen dem Gasgenerator (11; 31) und dem Schachtofen (1) zusätzliche Gasauslässe (23; 23a; 23b) angeordnet sind.23. Device according to item 22, characterized in that additional gas outlets (23, 23a, 23b) are arranged in the lines (14; 18; 21) between the gas generator (11; 31) and the shaft furnace (1).
24. Einrichtung nach Punkt 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Hauptrückführleitung (7; 14) mit wenigstens einem Kompressor (8) versehen ist.24. Device according to item 22, characterized in that the main return line (7; 14) is provided with at least one compressor (8).
25. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Hauptrückführleitung (7; 14) über erste Abzweigleitungen (17; 18) mit dem oberen Teil des Gasgenerators (11; 31) verbunden ist.25. Device according to any one of items 22 to 24, characterized in that the main return line (7; 14) is connected to the upper part of the gas generator (11; 31) via first branch lines (17,18).
26. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 25, gekennzeichnet dadurch, daß die Hauptrückführleitung (7) über eine Abzweigleitung (15) mit der Reaktionszone im unteren Teil des Gasgenerators (11; 31) verbunden ist.26. Device according to any one of items 22 to 25, characterized in that the main return line (7) is connected via a branch line (15) to the reaction zone in the lower part of the gas generator (11;
27. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Hauptrückführleitung (7) mit dem Einlaß des Plasmagenerators (10; 37) über eine Abzweigleitung (15a) verbunden ist.Device according to any one of items 22 to 26, characterized in that the main return line (7) is connected to the inlet of the plasma generator (10; 37) via a branch line (15a).
28. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 27, gekennzeichnet dadurch, daß der Plasmagenerator (10; 37) an eine Zufuhr von Oxydationsmittel für den direkten Durchgang des wahlweise vorgewärmten Oxydationsmittels durch den Plasmagenerator (10; 37) in die Reaktionszone verbunden ist.Apparatus according to any of items 22 to 27, characterized in that the plasma generator (10; 37) is connected to a supply of oxidant for the direct passage of the optionally preheated oxidant through the plasma generator (10; 37) into the reaction zone.
29. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasgenerator (11; 31) einen Schlackenauslaß (13; 34) besitzt.Device according to any one of items 22 to 28, characterized in that the gas generator (11; 31) has a slag outlet (13; 34).
30. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 27, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasgenerator (11; 31) eine Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigem Material, wahlweise mit Schwefelakzeptoren aufnimmt.Device according to any one of items 22 to 27, characterized in that the gas generator (11; 31) receives a bed of carbonaceous particulate material, optionally with sulfur acceptors.
31. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasleitung zwischen dem Gasgenerator (11; 31) und dem Schwefelfilter (22) über eine Rohrleitung (18) an einen Teilstrom (17) aus Umlaufgas angeschlossen ist.31. Device according to any one of items 22 to 30, characterized in that the gas line between the gas generator (11; 31) and the sulfur filter (22) is connected via a pipe (18) to a partial flow (17) of circulating gas.
32. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 31, gekennzeichnet dadurch, daß die Reduktionsgasleitung (21; 3) zwischen dem Schwefelabscheider (22) und dem Gaseinlaß des Reduktionsschachtofens (1) an einen temperaturregelnden Gasteilstrom (19) über eine Kühleinrichtung in Form einer Mischkammer (20) verbindbar ist.32. Device according to any one of items 22 to 31, characterized in that the reducing gas line (21; 3) between the sulfur separator (22) and the gas inlet of the reduction shaft furnace (1) to a temperature-regulating partial gas flow (19) via a cooling means in the form of a mixing chamber (20) is connectable.
33. Einrichtung nach Punkt 32, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erwärmung des Teilstromes an erneut in Umlauf gebrachtem Gas in der Mischkammer (20) Wärmetauscher in der Gichtgasrückführleitung angeordnet sind.33. Device according to item 32, characterized in that for heating the partial flow to recirculated gas in the mixing chamber (20) heat exchangers are arranged in the top gas return line.
34. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 33, gekennzeichnet dadurch, daß in die Speiseleitung (3) eine Zufuhrleitung (24) für Wasser und/oder Wasserdampf einmündet.34. Device according to any one of items 22 to 33, characterized in that in the feed line (3) opens a supply line (24) for water and / or water vapor.
35. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 34, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zufuhrleitung (25) für einen Kohlenstoffträger z. B. Methan, Propan und/oder Methanol in die Speiseleitung (3) einmündet.35. Device according to any one of items 22 to 34, characterized in that a supply line (25) for a carbon carrier z. As methane, propane and / or methanol in the feed line (3) opens.
36. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 35, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zufuhrleitung (26) für H2S in die Speiseleitung (3) einmündet.36. Device according to any one of items 22 to 35, characterized in that a supply line (26) for H 2 S opens into the feed line (3).
37. Einrichtung nach irgendeinem der Punkte 22 bis 36, gekennzeichnet dadurch, daß sie Abzapfeinrichtungen (6; 23; 23a; 23 b) für Teilströme aufweist, welche beispielsweise als Brenngas verwenbar sind.Device according to any one of items 22 to 36, characterized in that it comprises bleed means (6; 23; 23a; 23b) for partial flows usable, for example, as fuel gas.
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von oxidischem Material unter gleichzeitiger Erzeugung eines zur Rückgewinnung von Wärmeenergie geeigneten Gases sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the reduction of oxidic material while simultaneously producing a gas suitable for the recovery of thermal energy and to a device for carrying out the process.
Es sind keine näheren Angaben dazu bekannt, in welcher Weise die Reduktion von oxidischem Material unter Verwendung von Reduktionsschachtöfen bisher ausgeführt wurde.There is no further details as to how the reduction of oxidic material using reduction shaft furnaces has hitherto been carried out.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines im Hinblick auf die Prozeßtechnologie sowie im Hinblick auf die Energieausnutzung optimalen Reduktionsverfahrens, welches ein speziell leicht steuerbares Gaserzeugungssystems besitzt, durch welches gleichzeitig eine einfache und direkte Entnahme des ursprünglich zur Reduktion des oxidischen Materials verwendeten Reduktionsgases zur Erzeugung von Wärmeenergie möglich ist und das so flexibel ist, daß ein geeigneter Teilstrom des ursprünglich zur Reduktion des oxidischen Materials verwendeten Reduktionsgases erneut verwendet werden kann, um frisches Reduktionsgas zu erzeugen.The aim of the invention is to provide an optimal reduction process in terms of process technology and energy utilization, which has a particularly easily controllable gas generating system, by which at the same time a simple and direct removal of the reducing gas originally used for the reduction of the oxidic material to generate heat energy is possible and is so flexible that a suitable partial flow of the reducing gas originally used for the reduction of the oxidic material can be reused to produce fresh reducing gas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Verfahrensführung in der gewünschten Weise ermöglicht.The invention has for its object to provide a device that enables a process in the desired manner.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduktion von oxidischem Material bei gleichzeitiger Erzeugung eines zur Rückgewinnung von Wärmeenergie geeigneten Gases im wesentlichen dadurch, daßCharacterized the inventive method for the reduction of oxidic material while producing a suitable for the recovery of heat energy gas essentially characterized in that
a) ein hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehendes Reduktionsgas aus einem kohlenstoffhaltigen und/oder kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial hergestellt wird, wobei dieses Ausgangsmaterial zusammen mit einem Oxydationsmittel und wahlweise ebenfalls einem Schlackenbildner in eine Vergasungszone oder eine Vergasungskammer eingebracht wird, während gleichzeitig Wärmeenergie von wenigstens einem Plasmagenerator zugeführt wird;a) a reducing gas consisting primarily of carbon monoxide and hydrogen is prepared from a carbonaceous and / or hydrocarbonaceous starting material, this starting material is introduced together with an oxidizing agent and optionally also a slag forming in a gasification zone or a gasification chamber while simultaneously supplying heat energy from at least one plasma generator becomes;
b) das derart hergestellte Reduktionsgas auf eine für den nachfolgenden Reduktionsprozeß geeignete Temperatur gebracht und anschließend in einen Reduktionsschachtofen eingeleitet wird, welcher das zu reduzierende oxidische Material enthält, wobei dieses Gas im Gegenstrom zu dem oxidischen Material geleitet wird;b) the reducing gas thus prepared is brought to a temperature suitable for the subsequent reduction process and then introduced into a reduction shaft furnace containing the oxidic material to be reduced, this gas being passed in countercurrent to the oxidic material;
c) im wesentlichen das gesamte Wasser und staubartige Teilchen aus dem Reduktionsgas entfernt werden, welches nach Reduktion des oxidischen Material im Hinblick auf seine Reduktionsfähigkeit teilweise verbraucht ist und oxidiertende Bestandteile, vorzugsweise Kohlendioxid und Wasser sowie staubartige Teilchen enthält;c) substantially all of the water and dust-like particles are removed from the reducing gas, which is partially consumed after reduction of the oxidic material in view of its reducing ability and contains oxidizing constituents, preferably carbon dioxide and water and dust-like particles;
d) zumindest ein Teilstrom des derart behandelten Umlaufgases dem System zwecks Rückgewinnung von Wärmeenergie entzogen wird und der restliche Teilstrom dem Prozeß erneut zugeführt wird.d) at least a partial flow of the thus treated circulating gas is withdrawn from the system for the purpose of recovering heat energy and the remaining partial flow is supplied to the process again.
Das verwendete Oxidationsmittel besteht zweckmäßigerweise aus Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Luft und/oder Umlaufgas, welches dem Vergasungsprozeß insgesamt oder teilweise durch einen Plasmagenerator zugeführt wird.The oxidant used expediently consists of oxygen and / or water and / or air and / or circulating gas, which is supplied to the gasification process in whole or in part by a plasma generator.
Vorzugsweise wird das kohlenstoffhaltige und/oder kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial zur Erzeugung des Reduktionsgases in Pulverform und/oder flüssiger Form und/oder stückiger Form verwendet.Preferably, the carbonaceous and / or hydrocarbonaceous starting material is used to produce the reducing gas in powder and / or liquid form and / or particulate form.
Erfindungsgemäß wird die Verbrennungszone zweckmäßigerweise im unteren Bereich eines mit festem kohlenstoffhaltigem Material in stückiger Form gefüllten schachtförmigen Gasgenerators ausgebildet.According to the invention, the combustion zone is expediently formed in the lower region of a shaft-shaped gas generator filled in solid form with carbonaceous material.
Erfindungsgemäß wird ein Teilstrom des teilweise verbrauchten Gases, welches CO2 enthält, dem Reduktionsschachtofen entnommen und in den mit stückigem Reduktionsmaterial gefüllten Gasgenerator von oben und in einem geeigneten Abstand von der Verbrennungszone eingeleitet, um die Hitze in der Schachtfüllung auszunutzen, um H2O in H2 + CO und das Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umzuwandeln. Ein Teilstrom dieses Rückstromes an verbrauchtem Reduktionsgas vom Schachtofen kann auch als Trägergas für das Einbringen eines pulverförmigen kohlenstoffhaltigen Materials und/oder Schlackenbildners zusammen wahlweise mit Schwefelakzeptoren unmittelbar vor dem Plasmagenerator verwendet werden.According to the present invention, a partial flow of the partially spent gas containing CO 2 is taken from the reduction shaft furnace and introduced into the particulate matter filled inflator from above and at a suitable distance from the combustion zone to utilize the heat in the pit fill to recover H 2 O in H 2 + CO and convert the carbon dioxide into carbon monoxide. A partial flow of this recycle stream of spent reducing gas from the shaft furnace may also be used as a carrier gas for the introduction of a powdered carbonaceous material and / or slag former together optionally with sulfur acceptors immediately prior to the plasma generator.
Ein Teilstrom dieses Rückstromes an verbrauchtem Reduktionsgas vom Schachtofen wird auch als Trägergas für die durch den Plasmageneraor zugeführte Wärmeenergie verwendet.A partial flow of this recycle stream of spent reducing gas from the shaft furnace is also used as a carrier gas for the thermal energy supplied by the plasma generator.
Zweckmäßigerweise wird das in dem Gasgenerator erzeugte Reduktionsgas von irgendwelchen Schwefelverunreinigungen befreit, indem geeignete Schwefelakzeptoren in die Schachtfüllung eingebracht werden und/oder indem das abgezogene Gas durch einen Schwefelfilter hindurchgeleitet wird. Alternativ können Schwefelakzeptoren auch in die Vergasungszone eingeblasen werden.Conveniently, the reducing gas produced in the gas generator is freed of any sulfur contaminants by introducing suitable sulfur acceptors into the well fill and / or by passing the withdrawn gas through a sulfur filter. Alternatively, sulfur acceptors can also be blown into the gasification zone.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die Temperatur de's der Verbrennungszone des Gasgenerators entnommenen Reduktionsgases auf eine Endtemperatur zwischen 700 und 1 000°C gesteuert,According to another proposal of the invention, the temperature of the reducing gas taken from the combustion zone of the gas generator is controlled to a final temperature of between 700 and 1000 ° C,
a) indem es mit einer derartigen Menge des teilweise verbrauchten Reduktionsgases aus dem Reduktionsschachtofen vermischt wird und/odera) by being mixed with such an amount of the partially used reduction gas from the reduction shaft furnace and / or
b) einer Kühlung unterworfen wird und/oderb) is subjected to cooling and / or
c) ihm eine derartige Menge an Wasser und/oder Wasserdampf zugesetzt wird, daß die gewünschte Temperatur erreicht wird.c) it is added to such an amount of water and / or water vapor that the desired temperature is reached.
Wenn nur eine geringe Menge dieses teilweise verbrauchten Reduktionsgases für die Temperatursteuerung verwendet wird, wird dieses teilweise verbrauchte Reduktionsgas beim Durchgang durch den unmittelbar hinter dem Gasauslaß im oberen Teil des Reduktionsschachtofens angeordneten Gaswäscher abgekühlt, so daß die gewünschte Endtemperatur der Gasmischung ohne weiteres erzielbar ist. Wenn jedoch ein großer Rückstrom mit dem frisch erzeugten Reduktionsgas vermischt wird, wird dieser Rückstrom zweckmäßigerweise vor der Vermischung mit dem Reduktionsgas beispielsweise unter Einsatz eines Plasmagenerators erwärmt.If only a small amount of this partially consumed reducing gas is used for the temperature control, this partially spent reducing gas is cooled as it passes through the gas scrubber located immediately behind the gas outlet in the upper part of the reduction shaft furnace, so that the desired final gas mixture temperature is readily achievable. However, if a large reflux is mixed with the freshly generated reducing gas, this reflux is conveniently heated prior to mixing with the reducing gas using, for example, a plasma generator.
Bevorzugt wird das Reduktionsgas mittels einer zweistufigen Vergasung erzeugt, bei welcher das Ausgangsmaterial teilweise verbrannt und zumindest teilweise in einer Vergasungskammer vergast wird, woraufhin die Gasmischung in einen eine Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigem Material enthaltenden Schacht eingeleitet wird und daß der physikalische Wärmegehalt der Mischung aus der Vergasungskammer in der Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigen Material ausgenutzt wird, um den Gehalt an Kohlendioxid und Wasser im Gas zu verringern, wobei der Gaserzeugungsprozeß derart gesteuert wird, daß das abgezogene Gas eine für einen nachfolgenden Prozeßschritt geeignete Temperatur und Zusammensetzung besitzt.Preferably, the reducing gas is produced by means of a two-stage gasification in which the starting material is partially burned and at least partially gasified in a gasification chamber, whereupon the gas mixture is introduced into a shaft containing a bed of carbonaceous, particulate material and that the physical heat content of the mixture of the Gasification chamber is exploited in the bed of carbonaceous lumpy material to reduce the content of carbon dioxide and water in the gas, wherein the gas generating process is controlled so that the withdrawn gas has a suitable temperature and composition for a subsequent process step.
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Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Gasgenerator für Reduktionsgas mit einer Reaktionskammer, wenigstens einem Plasmagenerator mit im Boden der Reaktionskammer liegender Mündung, einem an den Generator wahlweise über einen Schwefelfilter angeschlossenen Schachtofen, welcher das zu reduzierende oxidische Material enthält, einen im oberen Teil dieses Schachtofens angeordneten Gasauslaß, einen neben diesem Gasauslaß angeordneten Abscheider zur Abscheidung von Wasser und staubartigen Teilchen aus dem gewaschenen Gasstrom und einen nachfolgenden Gasauslaß zur Abgabe von zur Rückgewinnung von Wärmeenergie geeigneten Gas sowie einer Hauptrückführleitung für wenigstens einen Teilstrom dieses Gases zum Gasgenerator und/oder zur Temperatursteuerung des im Gasgenerator erzeugten Reduktionsgases.A device according to the invention for carrying out the method is essentially characterized by a gas generator for reducing gas with a reaction chamber, at least one plasma generator with an opening located in the bottom of the reaction chamber, a shaft furnace connected to the generator, optionally via a sulfur filter, which contains the oxidic material to be reduced, a gas outlet disposed in the upper part of said shaft furnace, a separator disposed adjacent said gas outlet for separating water and dusty particles from the scrubbed gas stream and a subsequent gas outlet for discharging heat energy recoverable gas and a main return line for at least a partial flow of said gas to said gas generator and / or for controlling the temperature of the reducing gas generated in the gas generator.
Erfindungsgemäß sind in den Leitungen zwischen dem Gasgenerator und dem Schachtofen zusätzliche Gasauslässe angeordnet.According to the invention, additional gas outlets are arranged in the lines between the gas generator and the shaft furnace.
Die Hauptrückführleitung ist mit wenigstens einem Kompressor versehen. Sie ist über Abzweigleitungen mit dem oberen Teil des Gasgenerators verbunden. Weiterhin ist sie über eine Abzweigleitung mit der Reaktionszone im unteren Teil des Gasgenerators verbunden und über eine weitere Abzweigleitung mit dem Einlaß des Plasmagenerators.The main return line is provided with at least one compressor. It is connected via branch lines to the upper part of the gas generator. Furthermore, it is connected via a branch line to the reaction zone in the lower part of the gas generator and via a further branch line to the inlet of the plasma generator.
Der Plasmagenerator ist an eine Zufuhr von Oxydationsmittel für den direkten Durchgang des wahlweise vorgewärmten Oxydationsmittels durch den Plasmagenerator in die Reaktionszone verbunden.The plasma generator is connected to a supply of oxidant for the direct passage of the optionally preheated oxidant through the plasma generator into the reaction zone.
Der Gasgenerator ist mit einem Schlackenauslaß versehen. Er ist dafür vorgesehen, eine Schüttung aus kohlenstoffhaltigem, stückigem Material, wahlweise mit Schwefelakzeptoren, aufzunehmen.The gas generator is provided with a slag outlet. It is intended to receive a bed of carbonaceous particulate material, optionally with sulfur acceptors.
Die Gasleitung zwischen dem Gasgenerator und dem Schwefelfilter ist über eine Rohrleitung an einen Teilstrom aus Umlaufgas angeschlossen.The gas line between the gas generator and the sulfur filter is connected via a pipeline to a partial flow of circulating gas.
Die Reduktionsgasleitung ist zwischen dem Schwefelabscheider und dem Gaseinlaß des Reduktionsschachtofens an einen temperaturregelnden Gasteilstrom über eine Kühleinrichtung in Form einer Mischkammer verbindbar.The reducing gas line is connectable between the sulfur separator and the gas inlet of the reduction shaft furnace to a temperature-regulating partial gas flow via a cooling device in the form of a mixing chamber.
Zur Erwärmung des Teilstromes an erneut im Umlauf gebrachtem Gas in der Mischkammer sind Wärmeaustauscher in der Gichtgasrückführleitung angeordnet.For heating the partial flow to recirculated gas in the mixing chamber, heat exchangers are arranged in the top gas return line.
In die Speiseleitung zum Reduktionsschachtofen mündet eine Zufuhrleitung für Wasser und/oder Wasserdampf ein sowie eine Zufuhrleitung für einen Kohlenstoffträger, z. B. Methan, Propan und/oder Methanol und eine Zufuhrleitung für H2S.In the feed line to the reduction shaft furnace opens a supply line for water and / or water vapor and a supply line for a carbon carrier, eg. As methane, propane and / or methanol and a supply line for H 2 S.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt Abzapfeinrichtungen für Teilströme, welche beispielsweise als Brenngas verwendet werden können.The device according to the invention has bleed devices for partial flows, which can be used, for example, as fuel gas.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Beispielen näher erläutert.The invention is explained below with reference to two examples.
In der beiliegenden Zeichnung zeigen:In the attached drawing show:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem einstufigen Gasgenerator; Fig.2: eine schematische Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem zweistufigen Gasgenerator.1 shows a schematic representation of a device according to the invention with a single-stage gas generator; 2 shows a schematic representation of a modified embodiment of the device according to the invention with a two-stage gas generator.
Die Einrichtung gemäß Fig. 1 besitzt einen Reduktionsschachtofen 1 zur Reduktion von oxidischem, stückigen Material. Dieser Schachtofen T besitzt eine Beschickungseinrichtung 2 zum Einbringen von zu reduzierendem oxidischem, stückigen Material. Am Boden des Schachtofens 1 befindet sich eine Einlaßleitung 3 für heißes Reduktionsgas, welches im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, wobei dieses Gas im Gegenstrom durch den Schachtofen 1 hindurchgeleitet und anschließend durch eine obere Auslaßleitung 4 entnommen wird. Diese Auslaßleitung 4 ist mit einem Abscheider 5 für staubartige Teilchen und Wasser, einem sogenannten Gaswäscher, verbunden, von welchem das von Wasser und Staubteilchen befreite und gleichzeitig abgekühlte Gas einem Auslaß 6 zuströmt, während ein restlicher Teilstrom über eine Hauptrückleitung 7 zwecks erneuter Verwendung im Prozeß zurückgeführt wird, wie noch zu beschreiben sein wird. Das am Auslaß 6 entnommene Gas kann beispielsweise als Brenngas verwendet werden. Die Hauptrückleitung 7 enthält einen Kompressor 8. Wenigstens ein Plamagenerator 10 mündet in einen schachtförmigen Gasgenerator 11. Eine Lanze 12fürdie Zufuhr von zur Gaserzeugung erforderlichen Material mündet ebenfalls in diesen Gasgenerator 11, während am Boden des Gasgenerators 11 ein Auslaß 13 vorgesehen ist. Von der Hauptrückleitung 7 geht eine zweite Hauptleitung 14 ab, welche hauptsächlich für die Zufuhr von Umlaufgas bestimmt ist, welches von Kohlendioxid frei ist und mit dem frisch erzeugten Reduktionsgas vermischt werden soll, um dessen Temperatur zu steuern. Über Abzweigleitungen 15a; 15 ist die Leitung 14 ferner mit dem Eingang des Plasmagenerators 10 verbindbar bzw. mit dem Innenraum seines Gehäuses vordem Plasmagenerator 10. Zweckmäßigerweise ist in der Leitung 15a ein Kompressor 8a angeordnet.The device according to FIG. 1 has a reduction shaft furnace 1 for the reduction of oxidic, lumpy material. This shaft furnace T has a charging device 2 for introducing oxidic, lumpy material to be reduced. At the bottom of the shaft furnace 1 is an inlet line 3 for hot reducing gas, which consists essentially of carbon monoxide and hydrogen, said gas is passed in countercurrent through the shaft furnace 1 and then removed through an upper outlet conduit 4. This outlet line 4 is connected to a separator 5 for dust-like particles and water, a so-called gas scrubber, from which the freed of water and dust particles and simultaneously cooled gas flows to an outlet 6, while a residual partial flow through a main return line 7 for re-use in the process is returned, as will be described later. The withdrawn at the outlet 6 gas can be used for example as a fuel gas. At least one plasma generator 10 discharges into a shaft-shaped gas generator 11. A lance 12 for supplying gas generating material also opens into this gas generator 11, while an outlet 13 is provided at the bottom of the gas generator 11. From the main return line 7 is a second main line 14, which is mainly intended for the supply of circulating gas, which is free of carbon dioxide and to be mixed with the freshly generated reducing gas to control its temperature. Via branch lines 15a; 15, the line 14 is further connectable to the input of the plasma generator 10 or with the interior of its housing in front of the plasma generator 10. Conveniently, a compressor 8a is arranged in the line 15a.
Im Prinzip bietet diese Anordnung nachstehende Funktionsbequemlichkeiten:In principle, this arrangement offers the following functional conveniences:
Über eine erste Abzweigleitung 16 kann die Leitung 14 mit dem oberen Bereich des Gasgenerators 11 verbunden werden; die Hauptrückleitung 7 kann über zusätzliche Abzweigleitungen 15 und 15a mit der Vergasungszone im unteren Bereich des Gasgenerators 11 verbunden werden, d. h.. Umlaufgas kann vor dem Plasmagenerator 10 durch die Leitung 15 und nach Verdichtung im Kompressor 8a über die Leitung 15a hinter dem Plasmagenerator 10 eingespeist wenden, um diesen zu durchlaufen; über eine weitere Abzweigleitung 17 kann die Leitung 14 mit dem Gasgenerator 11 entnommenen Reduktionsgas, welches den oberen Teil des Gasgenerators 11 über eine Auslaßleitung 18 verläßt, verbunden werden, und über eine weitere Abzweigleitung 19 kann die Leitung 14 über eine Mischkammer 20 mit dem aus einem Schwefelfilter 22 über eine Leitung 21 ausströmenden Reduktionsgas verbunden werden, und schließlich kann die Leitung 14 mit der Reduktionsgasleitung 21 unmittelbar vor dem Eintritt des Reduktionsgases in den Reduktionsschachtofen 1 verbunden werden. Auf diese Weise läßt sich der CO2-Gehalt im Umlaufgas einwandfrei steuern.Via a first branch line 16, the line 14 can be connected to the upper region of the gas generator 11; the main return line 7 can be connected via additional branch lines 15 and 15a with the gasification zone in the lower region of the gas generator 11, ie. Recirculating gas may be fed in before the plasma generator 10 through the conduit 15 and after compression in the compressor 8a via the conduit 15a behind the plasma generator 10 to pass through it; via a further branch line 17, the line 14 with the gas generator 11 removed reducing gas, which leaves the upper part of the gas generator 11 via an outlet 18, are connected, and via a further branch line 19, the conduit 14 via a mixing chamber 20 with the from a Sulfur filter 22 are connected via a line 21 effluent reducing gas, and finally the line 14 can be connected to the reducing gas line 21 immediately before the entry of the reducing gas into the reduction shaft furnace 1. In this way, the CO 2 content in the circulation gas can be controlled properly.
In der Leitung 18 ist ein Gasauslaß 23b zur Entnahme z. B. von Exportgas vorgesehen, sowie ebenfalls ein Gasauslaß 23a in der Leitung 21 und ein weiterer Gasauslaß 23 in der Zufuhrleitung 3 zum Reduktionsschachtofen 1. Eine Speiseleitung 9 für das Oxidationsmittel, beispielsweise in Form von Sauerstoff und/oder Wasser und /oder Luft, ist direkt mit dem Plasmagenerator 10, wahlweise nach Vorwärmung, verbunden, wobei dieses Oxidationsmittel der Reaktionszone im Boden des Gasgenerators 11 zugeführt werden kann.In the conduit 18, a gas outlet 23 b for removal z. As provided by export gas, and also a gas outlet 23a in the line 21 and another gas outlet 23 in the supply line 3 to the reduction shaft furnace 1. A feed line 9 for the oxidizing agent, for example in the form of oxygen and / or water and / or air, is directly to the plasma generator 10, optionally after preheating, connected, this oxidizing agent of the reaction zone in the bottom of the gas generator 11 can be supplied.
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Die vorbeschriebene und in Fig. 1 dargestellte Einrichtung arbeitet im Prinzip folgendermaßen:The device described above and shown in Fig. 1 operates in principle as follows:
Das Reduktionsgas zur Reduktion des oxidischen Materials im Schachtofen 1, welches in denselben über die Einlaßleitung eingeleitet wird, wird im Prinzip im Gasgenerator 11 erzeugt, indem ein kohlenstoffhaltiges und/oder kohlenwasserstoffhaltiges Ausgangsmaterial zusammen mit Oxidationsmittel und wahlweise mit Schlackenbildnern einer Verbrennungszone im unteren Teil des Gasgenerators 11 zugeführt wird, während gleichzeitig Wärmeenergie über wenigstens einen Plasmagenerator 10 zugeführt wird. Das auf diese Weise hergestellte Reduktionsgas wird dann im Prinzip auf eine für die nachfolgende Reduktion des oxidischen Materials im Schachtofen 1 geeignete Temperatur gebracht und in den Schachtofen 1 im Gegenstrom zu dem zu reduzierenden Material eingeblasen. Nach Reduktion des oxidischen Materials enthält das Reduktionsgas oxidierende Bestandteile wie beispielsweise Kohlendioxid und Wasser sowie staubartige Teilchen und ist daher in bezug auf seine Reduktionsfähigkeit teilweise verbraucht. Das Reduktionsgas wird durch die Gasauslaßleitung 4 von der Gicht des Reduktionsschachtofens 1 abgezogen und anschließend von Wasser und staubartigen Teilchen im Gaswäscher 5 befreit. Das auf diese Weise im Gaswäscher 5 behandelte Gas, welches gleichzeitig dabei abgekühlt wird, kann dann dem System über die Gasauslaßleitung 6 wie gewünscht entnommen werden und zur Rückgewinnung von Wärmeenergie beispielsweise in Form von Brenngas verwandt werden. Gleichzeitig kann der verbleibende Teilstrom dieses Gases dem Prozeß durch die Rückleitung 7 erneut zugeführt werden, d. h., es kann erneut zur Erzeugung von Reduktionsgas verwendet werden. Die Gaserzeugung im schachtförmigen Gasgenerator 11 kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Pulveriges und/oder flüssiges kohlenstoffhaltiges und/oder kohlenwasserstoffhaltigesAusgangsmaterial kann in die Vergasungszone beispielsweise durch eins Zufuhrleitung 12 eingeblasen werden, in welchem Fall Oxydationsmittel wie beispielsweise Sauerstoff oder Wasserdampf in die Reaktionszone durch den Plasmagenerator 10 eingebracht werden kann. Umlaufgas kann der Vergasungszone vor dem Plasmabrenner 10 über die Leitung 15 zugeführt werden, oder das Gas kann durch den Plasmagenerator 10 über die Leitung 15a zugeführt werden. Das kohlenstoffhaltige und/oder kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann auch in stückiger Form über die Gicht des Gasgenerators 11 zugeführt werden, so daß die Vergasungszone im unteren Teil des mit festem kohlenstoffhaltigem Material in stückiger Form gefüllten Gasgenerators 11 hergestellt wird. Zweckmäßigerweise wird als kohlenstoffhaltige Füllung des Gasgenerators 11 Koks verwendet. Außerdem kann Wasser oder ein Teil des teilweise verbrauchten Reduktionsgases, welches dem Reduktionsschachtofen 1 über die Leitung 7 und die Abzweigleitung 16 entzogen wurde, ebenfalls in den Gasgenerator 11 eingebracht werden, welcher in diesem Fall mit stückigem Reduktionsmaterial gefüllt ist. In diesem Fall wird das Gas infolgedessen über der Vergasungszone selbst und in einem geeigneten Abstand von derselben eingebracht, wodurch die Hitze der Schachtfüllung ausgenutzt wird, um H2O in H2 + CO und Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umzuwandeln.The reducing gas for the reduction of the oxidic material in the shaft furnace 1, which is introduced into the same via the inlet line is generated in principle in the gas generator 11 by a carbonaceous and / or hydrocarbon-containing starting material together with oxidizing agent and optionally with slag forming a combustion zone in the lower part of the gas generator 11 is supplied while heat energy is supplied via at least one plasma generator 10 at the same time. The reducing gas produced in this way is then brought in principle to a suitable for the subsequent reduction of the oxidic material in the shaft furnace 1 temperature and injected into the shaft furnace 1 in countercurrent to the material to be reduced. After reduction of the oxide material, the reducing gas contains oxidizing components such as carbon dioxide and water and dust-like particles and is therefore partially consumed in its reducing ability. The reducing gas is withdrawn through the gas outlet line 4 from the gout of the reduction shaft furnace 1 and then freed of water and dust-like particles in the gas scrubber 5. The gas thus treated in the gas scrubber 5, which is simultaneously cooled thereby, can then be taken out of the system via the gas outlet pipe 6 as desired and used for the recovery of heat energy, for example in the form of fuel gas. At the same time, the remaining partial flow of this gas can be supplied to the process through the return line 7 again, that is, it can be used again for the production of reducing gas. The gas generation in the shaft-shaped gas generator 11 can be achieved in various ways. Powdery and / or liquid carbonaceous and / or hydrocarbonaceous feedstock may be injected into the gasification zone, for example, through a feed line 12, in which case oxidants such as oxygen or water vapor may be introduced into the reaction zone through the plasma generator 10. Recirculating gas may be supplied to the gasification zone upstream of plasma torch 10 via line 15, or the gas may be supplied through plasma generator 10 via line 15a. The carbonaceous and / or hydrocarbonaceous starting material may also be supplied in particulate form via the gout of the gas generator 11, so that the gasification zone is produced in the lower part of the gas generator 11 filled with solid carbonaceous material in particulate form. Conveniently, 11 coke is used as a carbonaceous filling of the gas generator. In addition, water or a part of the partially consumed reducing gas, which has been withdrawn from the reduction shaft furnace 1 via the line 7 and the branch line 16, may also be introduced into the gas generator 11, which in this case is filled with lumpy reducing material. In this case, as a result, the gas is introduced over the gasification zone itself and at a suitable distance from it, exploiting the heat of the pit filling to convert H 2 O to H 2 + CO and carbon dioxide to carbon monoxide.
Die Gaserzeugung im Gasgenerator 11 kann auch dadurch erreicht werden, daß pulveriges, kohlenstoffhaltiges Material, wahlweise mit Schwefelakzeptoren und/oder Schlackenbildnern mittels Wasser oder Wasserdampf oder einem Trägergas eingeblasen wird, welches aus teilweise verbrauchtem Reduktionsgas eines Teilstromes besteht, der dem Reduktionsschachtofen 1 entnommen wurde, oder aus Sauerstoff oder einer Mischung von Sauerstoff und Wasserdampf. Dasim Gasgenerator 11 erzeugte Reduktionsgas kann entschwefelt werden, indem beispielsweise ein geeigneter Schwefelakzeptor der Schachtfüllung zugesetzt wird, oder indem Schwefelakzeptoren in die Vergasungszone eingeblasen werden, oder indem das in dem Gasgenerator 11 erzeugte Gas über die Auslaßleitung 18 einem Schwefelabscheidefilter 22 zugeleitet wird. Irgendwelche übrigbleibenden Schwefelverunreinigungen werden von dem Metalloxid absorbiert, welches im unteren Teil des Reduktionsschachtofens 1 reduziert wird.The generation of gas in the gas generator 11 can also be achieved by injecting pulverulent, carbonaceous material optionally with sulfur acceptors and / or slag formers by means of water or steam or a carrier gas consisting of partially consumed reducing gas of a substream taken from the reduction shaft furnace 1, or from oxygen or a mixture of oxygen and water vapor. The reducing gas generated in the gas generator 11 may be desulphurized by, for example, adding an appropriate sulfur acceptor to the well fill or by injecting sulfur acceptors into the gasification zone or by supplying the gas generated in the gas generator 11 to a sulfur separation filter 22 via the outlet conduit 18. Any remaining sulfur impurities are absorbed by the metal oxide which is reduced in the lower part of the reduction shaft furnace 1.
Das Reduktionsgas wird im allgemeinen auf einem Temperaturbereich von 1 000 bis 1500cC gehalten. Allerdings kann ein derart heißes Reduktionsgas nicht direkt zur Reduktion im Reduktionsschachtofen 1 verwendet werden, so daß seine Temperatur beträchtlich herabgesetzt werden muß, bevor es in den Schachtofen 1 eingeleitet wird. Dies kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise erfolgen.The reducing gas is generally maintained at a temperature range of 1,000 to 1,500 cC . However, such a hot reducing gas can not be used directly for reduction in the reduction shaft furnace 1, so that its temperature must be lowered considerably before it is introduced into the shaft furnace 1. This can be done in various ways within the scope of the invention.
Beispielsweise kann das aus dem Gasgenerator 11 ausströmende Reduktionsgas über die Leitung 18 mit einem geeigneten Teilstrom von Umlaufgas vermischt werden. Dies geschieht über die Leitung 14, so daß die Temperatur der Gasmischung zwischen 700 und 10000C liegt. Alternativ kann diese Vermischung mit einem Teilstrom des vom Reduktionsschachtofen 1 zurückgeführten Gases dadurch erreicht werden, daß das Reduktionsgas nach Durchlaufen des Schwefelfilters 22, d.h. auf seinem Wege von der Leitung 14 zur Leitung 3, vermischt wird. Wenn ein geringer Teilstrom an Umlaufgas aus der Leitung verwendet wird, sollte dies ausreichen, um die gewünschte Abkühlung des erzeugten Reduktionsgases zu bewirken. Wenn allerdings eine überaus große Menge an Umlaufgas dem Reduktionsgas zugemischt wird, sollte ein derart starker Strom vorzugsweise auf die genaue Temperatur in der Mischkammer 20 augeheizt werden. Diese Aufheizung kann beispielsweise mittels eines Plasmagenerators erfolgen.For example, the reducing gas flowing out of the gas generator 11 can be mixed via line 18 with a suitable partial flow of circulating gas. This is done via line 14, so that the temperature of the gas mixture is between 700 and 1000 0 C. Alternatively, this mixing with a partial stream of the recycled from the reduction shaft furnace 1 gas can be achieved in that the reducing gas after passing through the sulfur filter 22, that is mixed on its way from the line 14 to the line 3. If a small partial flow of recycle gas from the line is used, this should be sufficient to effect the desired cooling of the generated reducing gas. However, if an excessive amount of circulating gas is added to the reducing gas, such a large flow should preferably be heated to the exact temperature in the mixing chamber 20. This heating can be done for example by means of a plasma generator.
Die Temperatureinstellung kann auch dadurch erreicht werden, daß ein Teilstrom des erzeugten Gases durch Leitungen 21 und 19 durch eine als Kühlerwirkende Mischkammer 20 geleitet wird.The temperature setting can also be achieved by passing a partial flow of the gas generated through lines 21 and 19 through a mixing chamber 20 acting as a cooler.
Außerdem kann die erforderliche Temperatureinstellung auch zumindest teilweise durch die'Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf über eine Zufuhrleitung 24 erfolgen. Diese Maßnahme verhindert auch das Entstehen von Rußablagerungen. Um das Aufkohlungspotential des erzeugten Reduktionsgases zu steuern und um eine Methanisierung zu verhindern, können geeignete kohlenstoffhaltige Materialien wie beispielsweise Methan, Methanol und/oder Propan über die Leitung 25 zugeführt werdenIn addition, the required temperature adjustment can also take place at least partially by the supply of water and / or water vapor via a supply line 24. This measure also prevents the formation of soot deposits. In order to control the carburizing potential of the generated reducing gas and to prevent methanation, suitable carbonaceous materials such as methane, methanol and / or propane may be supplied via line 25
Rußablagerungen kann auch dadurch entgegengewirkt werden, daß H2S über die Leitung 26 eingeblasen wird.Soot deposits can also be counteracted by H 2 S being blown in via line 26.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der CO2-Gehalt in dem zur Steuerung der Temperatur des Reduktionsgases verwendeten Umlaufgas fortlaufend durch die CO2-Wascheinrichtung gesteuert werden kann.An important feature of the invention is that the CO 2 content in the recycle gas used to control the temperature of the reducing gas can be continuously controlled by the CO 2 scrubber.
Die vorbeschriebene Erzeugung von Reduktionsgas im schachtartigen Gasgenerator 11 kann auch durch eine zweistufige Vergasung durchgeführt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.The above-described generation of reducing gas in the shaft-like gas generator 11 can also be performed by a two-stage gasification, as shown in FIG.
Die erfindungsgemäße Gaserzeugung bietet wichtige technische Vorteile. Die Gaserzeugung kann bei derartigen Temperaturen durchgeführt werden, daß die Asche eine leicht handhabbare Schlacke bildet, welche abgelassen wird, ohne daß Verstopfungsprobleme im Prozeß entstehen. Der Wasserstoffgehalt im Reduktionsgas kann auf einen für den Reduktionsprozeß geeigneten Prozentsatz gesteuert werden, indem Wasser und/oder Sauerstoff in der Gaserzeugungsstufe und in der Temperatursteuerstufe gesteuert eingeblasen wird. Auch im Hinblick auf den Energieverbrauch wird ein optimaler Reduktionsprozeß und ein bequem steuerbares Gaserzeugungssystem verwirklicht. Die Steuerung der Anteile von H2O und CO2 in der Leitung 3 kann infolgedessen in der Weise ausgeführt werden, daß die Strömung in den Leitungen 14 bis 18 und 21 und 3 bzw. auch in der Leitung 24 eingestellt wird.The gas generation according to the invention offers important technical advantages. Gas generation may be carried out at temperatures such that the ash forms an easily handled slag, which is discharged without causing clogging problems in the process. The hydrogen content in the reducing gas may be controlled to a percentage suitable for the reduction process by controlled blowing of water and / or oxygen in the gas generating stage and in the temperature control stage. Also in terms of energy consumption, an optimal reduction process and a conveniently controllable gas generating system is realized. The control of the proportions of H 2 O and CO 2 in the line 3 can consequently be carried out in such a way that the flow in the lines 14 to 18 and 21 and 3 and also in the line 24 is adjusted.
Wie bereits erwähnt, kann die Entschwefelung statt durch einen besonderen Schwefelfilter auch direkt in dem Gasgenerator eingebaut werden, indem die Koksschüttung beispielsweise mit geeignetem Material versehen wird oder indem geeignetes Material in die Vergasungszone eingeblasen wird.As already mentioned, the desulphurisation can also be installed directly in the gas generator instead of by means of a special sulfur filter, for example by providing the coke bed with suitable material or by blowing suitable material into the gasification zone.
Die in Fig.2 dargestellte abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung besitzt anstelle des einstufigen Gasgenerators 11 gemäß Fig. 1 einen zweistufigen Gasgenerator 31. Die Einrichtung ist im übrigen nach den gleichen Prinzipien wie die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung aufgebaut.The modified embodiment of the device according to the invention shown in Figure 2 has instead of the single-stage gas generator 11 of FIG. 1, a two-stage gas generator 31. The device is otherwise constructed according to the same principles as the device shown in FIG.
Der zweistufige Gasgenerator 31 gemäß Fig. 2 besitzt eine Vergasungskammer 29 und einen mit einer Koksschüttung gefüllten Schacht 30.2 has a gasification chamber 29 and a shaft 30 filled with a coke bed.
Die Vergasungskammer 29 besitzt ein wassergekühltes Außengehäuse 32 sowie eine feuerfeste Auskleidung 33 und ist vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise sind außerdem rund um den Schacht 30 mehrere Vergasungskammern angeordnet.The gasification chamber 29 has a water-cooled outer casing 32 and a refractory lining 33 and is preferably formed substantially cylindrical. Preferably, a plurality of gasification chambers are also arranged around the shaft 30.
Der Schacht 30 besitzt einen unteren Schlackenauslaß 34 und einen oberen Gasauslaß 35. Koks in stückiger Form wird dem Schacht 30 durch eine gasdichte Zuführung 36 am Kopf zugeführt. Die Mündung der Vergasungskammer 29 befindet sich im unteren Teil des Schachtes 30, und das Gas strömt durch die Koksschüttung nach oben und durch den Gasauslaß 35 aus dem Schacht 30 heraus. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Schlackenauslaß 34 für die Vergasungskammer 29 und den Schacht 30 gemeinsam.The shaft 30 has a lower slag outlet 34 and an upper gas outlet 35. Coke in particulate form is fed to the shaft 30 through a gas-tight feed 36 at the top. The mouth of the gasification chamber 29 is located in the lower part of the shaft 30, and the gas flows through the coke bed upwards and out of the shaft 30 through the gas outlet 35. In the illustrated embodiment, the slag outlet 34 is used for the gasification chamber 29 and the shaft 30 together.
In Verbindung mit der Vergasungskammer 29 ist wenigstens ein Brenner vorgesehen, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Plasmagenerator 37 besteht. Der Plasmagenerator 37 ist mit der Vergasungskammer 29 durch ein Ventil 38 verbunden. Oxydationsmittel wird in den Plasmagenerator 37 durch eine Speiseleitung 9 geleitet oder kann auch vor den Plasmagenerator 37 durch eine Speiseleitung 39 eingebracht werden. Das Oxydationsmittel kann auch aus einem Trägergas bestehen, welches durch den Plasmagenerator 37 hindurchgeleitet wird, oder aus einem Umlaufgas, welches durch die Leitung 15a zugeführt wird. Das heiße turbulente Gas, welches im Plasmagenerator 37 erzeugt wird, gelangt durch die Mündung 40 des Plasmagenerators 37 in die Vergasungskammer 29. Der kohlenstoffhaltige Brennstoff, vorzugsweise in Pulverform, wird durch eine Speiseleitung 41 in einen Ringraum 42 eingeblasen, welcher konzentrisch um die Mündung des Plasmagenerators 37 ausgebildet ist, und/oder durch eine Lanze 43, welche auch für die Zufuhr weiterer Zuschläge wie beispielsweise Schlackenbildner verwendet werden kann.In connection with the gasification chamber 29, at least one burner is provided, which consists of a plasma generator 37 in the illustrated embodiment. The plasma generator 37 is connected to the gasification chamber 29 through a valve 38. Oxidant is passed into the plasma generator 37 through a feed line 9 or can also be introduced in front of the plasma generator 37 through a feed line 39. The oxidizing agent may also consist of a carrier gas, which is passed through the plasma generator 37, or from a circulating gas, which is supplied through the line 15 a. The hot turbulent gas which is generated in the plasma generator 37 passes through the mouth 40 of the plasma generator 37 into the gasification chamber 29. The carbonaceous fuel, preferably in powder form, is injected through a feed line 41 into an annular space 42 concentrically around the mouth of the Plasma generator 37 is formed, and / or by a lance 43, which can also be used for the supply of additional charges such as slag.
Im Schacht sind außerdem Lanzen 44 und 45 vorgesehen, durch welche wahlweise weiteres Oxydationsmittel wie beispielsweise H2O, CO2 zugesetzt werden kann, um die physikalische Überschußhitze im Gas auszunutzen. Dadurch lassen sich auch die Temperatur und die Zusammensetzung des Gases steuern.In addition, lances 44 and 45 are provided in the shaft, through which optional further oxidizing agents such as H 2 O, CO 2 can be added to exploit the physical excess heat in the gas. This also allows the temperature and composition of the gas to be controlled.
Am Ausgang der Vergasungskammer 29 ist ein erster Meßfühler 46 angeordnet, während ein zweiter Meßfühler 47 im Gasauslaß 35 des Schachtes 30 sitzt. Diese Meßfühler 46; 47 dienen zur Messung der Temperatur und/oder zur Analyse des Gases. Diese beiden Meßfühler 46; 47 geben die Möglichkeit, den Prozeß durch Steuerung der zugeführten Außenenergie und/oder der zugeführten Materialströme zu steuern.At the outlet of the gasification chamber 29, a first sensor 46 is arranged, while a second sensor 47 in the gas outlet 35 of the shaft 30 is seated. These sensors 46; 47 are used to measure the temperature and / or analysis of the gas. These two sensors 46; 47 give the opportunity to control the process by controlling the supplied external energy and / or the supplied material streams.
Fig. 2 zeigt nur ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten zweistufigen Gasgenerators in einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei viele andere Lösungen ebenfalls dankbar sind. Beispielsweise können die Plasmageneratoren 10; 37 tangential um Umfang der Vergasungskammer 29 angeordnet werden, so daß in der Vergasungskammer 29 eine umlaufende Strömung erzielt wird. Außerdem kann zur Erleichterung der Schlackenabscheidung die Vergasungskammer 29 vertikal angeordnet werden, oder die Vergasungskammer 29 und der Schacht 30 können mit getrennten Schlackenauslässen versehen werden.Fig. 2 shows only one embodiment of a suitable two-stage gas generator in a plant for carrying out the method according to the invention, with many other solutions are also grateful. For example, the plasma generators 10; 37 are arranged tangentially around the circumference of the gasification chamber 29, so that in the gasification chamber 29, a circulating flow is achieved. In addition, for facilitating slag separation, the gasification chamber 29 may be arranged vertically, or the gasification chamber 29 and the shaft 30 may be provided with separate slag outlets.
Bei der zweistufigen Vergasungseinrichtung gemäß Fig. 2 wird das Ausgangsmaterial teilweise verbrannt oder zumindest teilweise in der Vergasungskammer 29 vergast, und die auf diese Weise erhaltene Mischung wird in einen Schacht 30 eingebracht, welcher eine Schüttung aus kohlenstoffhaltigem Material in stückiger Form enthält. Der physikalische Wärmegehalt der Gasmischung, welche von der Vergasungskammer 29 kommt, wird dadurch in der Koksschüttung ausgenutzt, um den Gehalt an Kohlendioxid und Wasser im Gas zu reduzieren. Auf diese Weise kann der Gaserzeugungsprozeß derart gesteuert werden, daß das ausströmende Gas eine mit dem nachfolgenden Prozeßschritt ohne weiteres verträgliche Temperatur und Zusammensetzung aufweist.In the two-stage gasifier of FIG. 2, the feedstock is partially combusted or at least partially gasified in the gasification chamber 29, and the mixture thus obtained is introduced into a well 30 containing a bed of carbonaceous material in particulate form. The physical heat content of the gas mixture, which comes from the gasification chamber 29, is thereby exploited in the coke bed to reduce the content of carbon dioxide and water in the gas. In this way, the gas generating process can be controlled so that the effluent gas having a readily compatible with the subsequent process step temperature and composition.
Das vom Plasmagenerator 37 herkommende heiße Trägergas erhält zweckmäßigerweise eine Drehbewegung, bevor es in die Vergasungskammer 29 eingebracht wird, und der pulverige kohlenstoffhaltige Brennstoff kann konzentrisch um den heißen Gasstrom eingebracht werden, welcher in die Vergasungskammer 29 einströmt. Dadurch, daß das Material in der Vergasungskammer 29 eine Drehbewegung erhält, ergibt sich eine Schutzschicht aus Schlacke an den inneren Wandungen der Vergasungskammer 29.The hot carrier gas coming from the plasma generator 37 expediently receives a rotary motion before it is introduced into the gasification chamber 29, and the pulverulent carbonaceous fuel can be introduced concentrically around the hot gas stream which flows into the gasification chamber 29. Characterized in that the material in the gasification chamber 29 receives a rotational movement, there is a protective layer of slag on the inner walls of the gasification chamber 29th
Naturgemäß ist die Erfindung keineswegs auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele bestimmt, sondern kann auf mancherlei Weise abgewandelt werden. So kann beispielsweise zur Gaserzeugung durch Vorwärmung des Oxydationsmittels von außen her Wärmeenergie zugeführt werden.Naturally, the invention is by no means intended to the above-described embodiments, but can be modified in many ways. For example, to generate gas by preheating the oxidant from the outside heat energy can be supplied.
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