DE2713864A1

DE2713864A1 - Verfahren zur herstellung einer kohlenoxydgas und wasserstoffgas zur weiterveredlung oder verbrennung enthaltenden gasmischung

Info

Publication number: DE2713864A1
Application number: DE19772713864
Authority: DE
Inventors: Olle Wijk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1978-10-05
Also published as: BR7801954A; SE7706876L; DD132978A5; SE433500B; CA1097078A

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kohlenoxydgas und Wasser
stoffgas zur Weiterveredlung oder Verbrennung enthaltenden Gasmischung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gasmischung, die Kohlenoxydgas (CO) und Wasserstoffgas (H2) enthält, die für Verbrennung oder Weiterveredlung vorgesehen sind.
Es ist eine Anzahl Verfahren zur industriellen Herstellung von Kohlenoxydgas (CO) und Wasserstoffgas (H2) bekannt. Es ist bekannt, Kohle durch z.B. den Lurgi-Prozeß, den Hygasprozeß und den Bigas-Prozeß zu Kohlenoxydgas zu vergasen. Es ist ferner bekannt, Wasserstoffgas durch z.B. Elektrolyse oder Spaltung bei hoher Temperatur herzustellen.
Bei der Herstellung von Kohlenwasserstoffverbindungen wird im allgemeinen u.a. von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas ausgegangen. Methanol (CH30H) z.B. wird von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas ausgehend hergestellt.
Die zur Anwendung kommende Kohle ist meistens verunreinigt, z.B. mit verhältnismäßig hohen Schwefelgehalten. Die genannten Kohlevergasungsprozesse, bei denen große Mengen Kohle verbrannt werden, geben deshalb große Mengen Schwefeldioxyd (S02) ab. Die in den Prozessen erzeugten großen Mengen Schwefeldioxyd (S02) stellen ein großes Problem dar, da die Emission von Schwefeldioxyd eine ungünstige Wirkung auf die Atmosphäre, Natur, Umwelt usw. ausübt.
Ferner enthalten die Abgase von Kohlevergasungsanlagen bedeutende Staubmengen, die u.a. aus Oxyden der Verunreinigungsstoffe bestehen.
Die vorliegende Erfindung löst die vorgenannten Probleme. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird Wasserstoffgas gleichzeitig mit Kohlenoxydgas hergestellt, was das Verfahren für die Herstellung von Kohlenwasserstoffverbindungen, wie z.B.
Methanol, äußerst attraktiv macht.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen schwefelfreien und staubfreien Gasmischung zur Weiterveredlung oder Verbrennung, die im wesentlichen aus Kohlenstoffmonoxyd (CO) und Wasserstoffgas (H2) aus Kohlenstoff (C) in Form von Kohle besteht, die eine gewisse Menge Wasser, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffverbindungen wie organisches Material enthält. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß genannter Kohlenstoff in eine Metallschmelze in einem stöchiometrischen Überschuß im Verhältnis zu in der Metallschmelze enthaltenem Sauerstoff in Form von oxydischen Verbindungen, zusammen mit Sauerstoffgas und zusammen mit einem Kühlmittel, injiziert wird.
Die Erfindung wird nachstehend,teilweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, näher beschrieben. Fig. 1 in der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung, in der das Verfahren gem.
der Erfindung angewendet werden kann.
In Fig. 1 ist schematisch ein Vergasungsreaktor mit der allgemeinen Bezeichnung 1 zur Herstellung von Gas nach der Erfindung gezeigt. Der an und für sich im Prinzip bekannte Vergasungsreaktor enthalt einen Ofenkörper 2, vorzugsweise eine elektrische Frwärmungseinheit 3 und ein oder mehrere Blaslöcher 4 sowie eine Sammelhaube 6 für erzeugte Gase. Die Wände des Ofenkörpers 2 sind in einem wärmebestndigen Material, z.B.
Ziegel, und mit einer äußeren Wand 10 aus Metall ausgeführt.
Die elektrische Erwärmungseinheit 3 ist vorzugsweise ein elektrischer Induktor. 11 bezeichnet elektrische Leitungsanschlußstellen. An das Blasloch oder die Blaslöcher 4 sind über Leitungen 7 eine oder mehr Pulverspritzen 5 angeschlossen.
Ein Trägergas, vorzugsweise Sauerstoffgas, strdmt durch ein zu jeder Pulverspritze 5 gehörendes Proportionierungsmittel 8 in die Leitung 7. Das Proportionierungsmittel 8 ist für die Abgabe der Reaktanten vorgesehen, die vom Behälter der Pulverspritze 5 zur Leitung 7 in einem gewissen Verhältnis zueinander und im Verhältnis zu der Menge vorüberströmenden Trägergases in die Vorrichtung injiziert werden sollen. Das Trägergas kann auch z.B. aus einer Mischung von Kohlenoxydgas und Kohlendioxyd bestehen. Dann muß jedoch Sauerstoffgas auf eine andere Weise zugesetzt werden.
Im Ofenkörper ist Metall 9 zur Flüssighaltung vorgesehen.
Wenn keine Reaktanten in den Vergasungsreaktor injiziert werden, wird die Metallschmelze 9 von genannter Erwärmungseinheit 3 warmgehalten.
Die Pulverspritzen 5 können mehrere Behälter für verschiedene Reaktanten enthalten. In fester Form vorliegende Reaktanten werden in die Pulverspritzen in pulverisierter Form eingelegt.
Die Reaktanten werden somit als eine Mischung von Gas, festem Pulverkorn und ggf. Flüssigkeit injiziert.
Das Verfahren nach der Erfindung hat folgenden Verlauf. Kohlenstoff (C) in Form von Handelskohle, die eine gewisse Menge Wasser, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffverbindungen sowie Sauerstoffgas enthält, wird zusammen mit einem Kühlmittel in die Metallschmelze 9 injiziert. Hierbei treibt das Trägergas, das vorzugsweise aus genanntem Sauerstoffgas besteht, Rückstände von genannten Reaktanten von genannter Pulverspritze 5 in die Metallschmelze 9 hinein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einer Startschmelze ausgegangen, die entweder von einem gesonderten Schmelzofen oder von der vorhandenen Erwärmungsvorrichtung 3 geschmolzen und warmgehalten wird.
Bei Beginn der Injizierung wird der Reaktor geneigt, so daß das Blasloch oder die Blaslöcher 4 oberhalb der Oberfläche der Schmelze münden. Nach Beginn der Injizierung wird der Reaktor aufgerichtet, so daß das Blasloch oder die Blaslöcher unter der Oberfläche der Schmelze liegen.
Das Injizieren der Reaktanten und des Kühlmittels kann auch durch eine oder mehrere Lanzen erfolgen, die von oben in das Bad niedergetaucht sind. Ferner kann in gewissen Fällen das Kühlmittel der Metallschmelze von oben aufgesetzt werden. In den Fällen, wenn eine Lanze angewendet wird, wird diese erst in die Metallschmelze niedergetaucht, nachdem begonnen wurde, Trägergas und Pulver durch die Lanze zu führen.
Bei der in einer Metallschmelze der hier vorgesehenen Art herrschenden Temperatur wird Kohlenstoff sehr schnell und mit hoher Ausbeute zu Kohlenoxydgas oxydiert.
tiandelskohle enthält, wie erwähnt, eine gewisse Menge Wasser und gewisse Mengen Kohlenwasserstoffverbindungen.
Injizierte Kohlenwasserstoffe, andere Kohlenstoffverbindungen und Wasser werden in der Metallschmelze gespalten, so daß Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff freiwerden. Injizierter Kohlenstoff und Sauerstoffgas sowie bei Spaltung gebildeter Kohlenstoff und Sauerstoff reagieren zu Kohlenoxydgas nach der exothermen Reaktion Der freigewordene Wasserstoff geht in Form von Wasserstoffgas (H2) ab.
Spaltung von Kohlenwasserstoffen und Wasser sind endotherme Reaktionen. Die exotherme Oxydierung von Kohlenstoff hat jedoch die Bildung eines Warmeüberschusses zur Folge, so daß Kühlung der Metallschmelze notwendig ist. Dies geschieht durch Einführung genannten Kühlmittels in die Metallschmelze 9.
Das Kühlmittel kann gem. der Erfindung eine wasserstoffhaltige Verbindung, vorzugsweise Wasser, enthalten. Bei Anwendung von Wasser als Kühlmittel wird dieses so gespalten, daß große Mengen Wasserstoffgas gebildet werden, und gleichzeitig die erforderliche Menge injizierten Sauerstoffgases sinkt.
Die so erzeugten Gase Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas werden in der Sammelhaube 6 gesammelt und auf gewünschte Weise behandelt.
Es ist jedoch aus verschiedenen Gründen wünschenswert, daß das Kühlmittel Metall oder Metalloxyde desselben Metalles enthc'klt, aus dem die Schmelze im wesentlichen besteht. Dies ist besonders für den Fall günstig, daß das genannte Verfahren mit der Herstellung eines Metalles kombiniert wird. Das Kühlmittel enthält in solchem Fall vorzugsweise Schlich, der im wesentlichen aus Metalloxyd besteht.
Injizierte Metalloxyde werden in der Metallschmelze nach der Formel MeO + C-> CO(g) + Me reduziert, in der Me das betreffende Metall bezeichnet. Die Kühlung wird dadurch bewirkt, daß die Spaltung der Oxyde eine endotherme Reaktion ist.
Als Beispiel kann erwähnt werden, daß, wenn die Metallschmelze eine Eisenschmelze ist, der Schlich im wesentlichen aus Je203, Fe3O4 und FeO besteht.
Metalloxyde werden in die Metallschmelze auf die vorstehend angegebene Weise injiziert.
Schlackenbildner, wie z.B. Kalziumoxyd (CaO),werden zweckmäßig zum Spülen von Gangart zugesetzt, die mit den Metalloxyden in die Schmelze eingeführt wird, und von Kohlenasche, die mit injiziertem Kohlenstoff eingeführt wird.
Für den Fall, daß die Metallschmelze aus einem Metall besteht, das eine höhere Affinität zu Schwefel als zu Sauerstoff hat, wird vorzugsweise Metallschrott des betreffenden Metalles injiziert.
Beispiele solcher Metalle sind Kupfer, Blei und Zink.
Metallschrott wird der Schmelze entweder durch genannte Injizierung oder durch Aufsetzen von oben in die Metallschmelze hinab zugeführt. In diesem letzteren Fall wird Kühlung im wes-ntlichen dadurch bewirkt, daß der Metallschrott zu einer Temperatur über Schmelztemperatur erwährt wird.
Die Reaktionen Verbrennung von Kohle, Spaltung von Oxyden, Kohlenwasserstoffen und Wasser, sowie das Schmelzen von Metallschrott erfolgen in der Metallschmelze, die für die Reaktionen ein wärmeabsorbierendes bzw. wärmeabgebendes Medium ist. Die Metallschmelze ist ferner ein Filter sowohl für Staubpartikel, z.B. Oxyde, die mit den Reaktanten eingeführt oder während genannter Reaktionen gebildet werden, als auch für sich bildende aufsteigende Gase, wie Kohlendioxyd (CO2) und Schwefeldioxyd (SO2). In Sonderheit ist die Metallschmelze ein Absorptionsmittel für Nebenprodukte, die bei Reaktionen gebildet werden, wo Komponenten eine hohe Affinität zur Metallschmelze haben.
Mit der vorliegenden Erfindung wird somit aufgrund der Staubabsorption in der Metallschmelze ein im großen und ganzen staubfreies Gas erhalten. Ferner ist der Gehalt von Schwefeldioxyd im Abgas sehr gering, da Schwefel, der bei Verbrennung von Kohle und Kohleeinlösung in die Schmelze von dieser absorbiert wird. Das Metall in der Metallschmelze kann gem. der Erfindung teilweise nach dem gewünschten Vermögen der Absorbierung von Schwefel gewählt werden. Die Metalle Zink, Kupfer, Blei, Eisen und Nickel haben im Temperaturbereich nahe dem Schmelzpunkt des betreffenden Metalles eine, in genannter Reihenfolge fallende, Affinität zu Schwefel.
Es ist somit besonders vorteilhaft, die Metalle Zink oder Kupfer zu wählen, wenn der Schwefelgehalt in der injizierten Kohle hoch ist, um die Bildung von Schwefeldioxyd zu unterdrücken.
Ein weiterer Vorteil wird bei Anwendung von Metallen wie Zink, Kupfer, Blei usw. erhalten, die einen in Beziehung zu Eisen niedrigeren Schmelzpunkt haben, da aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes die Auskleidung des Ofenkörpers 2 eine wesentlich längere Lebensdauer als bei Anwendung von Eisen hat. Da das Erneuern der Auskleidung teuer ist und Zeit in Anspruch nimmt, liegt hierin ein buträchtlicher wirtschaftlicher und praktischer Vorteil. Ferner ist Trennung von Schwefel aus der Metallschmelze einfach, und der Schwefel kann als ein reines Gas von Schwefeldioxyd zur herstellung auf bekannte Weise von z.B. Schwefelsäure (H2S04) gewonnen werden.
Je nach dem Metall in der Metallschmelze erfolgen die Reaktionen zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, die in den injizierten Reaktanten enthalten sind, auf eine der folgenden vier Weisen oder deren Kombinationen: a) Sauerstoff wird in der Schmelze gelöst. Der Sauerstoff stammt von injiziertem Sauerstoffgas, gespaltenem Wasser oder anderen gespaltenen Oxyden oder Kohlenwasserstoffen..
Im Bad oder auf der Phasengrenze Gas/Metall liegende Kohlenstoffpartikel werden von gelöstem Sauerstoff im Metall oxydiert, nach den Formeln: Dies geschieht in den Fällen, wenn das Metall Sauerstoff, aber nicht Kohlenstoff einlöst, z.B. Kupfer.
b) Die Reaktanten reagieren im Injektionsstrahl direkt miteinander, nach der Formel c) Kohlenstoff wird in die Schmelze eingelöst. Der Kohlenstoff wird an der Phasengrenze Gas/Metall oder an Oxydpartikeln in der Schmelze oxydiert, nach der Formel Dies geschieht in den Fällen, wenn das Metall Kohlenstoff, aber nicht, oder nur teilweise, Sauerstoff einlöst, z.B.
Eisen.
d) Kohlenstoff und Sauerstoff werden in der Schmelze gelöst, wo sie unter Bildung von Kohlenoxydgas reagieren, nach den Formeln Dies gilt z.B. für ein Eisenbad.
Sauerstoff in injiziertem Wasser und in evtl. injizierten Kohlenwasserstoffen wird abgespalten und reagiert wie injiziertes Sauerstoffgas mit Kohlenstoff auf eine der angegebenen Weisen a-d oder Kombinationen davon. Bei genannter Spaltung wird Wasserstoff freigesetzt.
Bei der in einer Eisenschmelze herrschenden Temperatur (z.B.
1400-1600°C) ist das Gleichgewicht für die Reaktion 2CO-CO2+ C stark nach links verschoben. In einer Metallschmelze mit bedeutend niedrigerer Temperatur, wie Blei, wird ein hoher CO-Gehalt durch Sauerstoffgasmangel aufrechterhalten, da das Gleichgewicht dann weniger stark nach links verschoben ist.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung werden Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasser und ggf. Kohlenwasserstoffe in solchen Proportionen zugesetzt, daß das Abgas die.im Hinblick auf seine gedachte Anwendung geeignetste Zusammensetzung von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas erhält. Das Abgas kann z.B.
als Brenngas (CO), Wasserstoffgas (H2), zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen, wie Methanol (CH30H) oder zur Herstellung von Wasserstoff-Stickstoffverbindungen, wie Ammoniak (NH3), verwendet werden.
Das genannte Verfahren eignet sich vorzüglich zur Herstellung von Methanol, da sowohl Kohlenoxydgas als auch Wasserstoffgas erzeugt werden. Bei Synthetisierung von Wasserstoffgas und Kohlenoxydgas zu Methanol ist ein Wassentoffgas/Kohlenoxydgas-Verhältnis von 2,1:1 erforderlich. Bei Kohleverbrennung mit Injizierung von nur Kohlenstoff und Sauerstoffgas wird ein Verhältnis 1:4 erhalt¢ Durch den Zusatz von Wasser als Kühlmittel kann jedoch der Wasserstoffgehalt im Abgas auf ein theoretisches Verhältnis von 1:1 erhöht werden. Dieses Verhältnis ist als ein stöchiometrisches Maximum anzusehen. Injiziertes Wasser kühlt jedoch die Schmelze kr(ftig, so daß, ohne Zuführung externer Erwärmungsenergie durch z.B. genannte Erwärmungsvorrichtung 3, ein thermisches Maximum besteht, das 1:4,2 beträgt, wenn nur Kohlenstoff, Wasser und Sauerstoffgas injiziert werden. Um dieses letztere Verhältnis zu erreichen, kann als Beispiel erwähnt werden, daß zur Entwicklung von 10 Nm3 Abgas pro Minute und Tonne Schmelze in eine Schmelze mit dem Gewicht 30 Tonnen 2,6 kmol H20 und 4,0 kmol Sauerstoffgas zusammen mit 10,8 kmol Kohlenstoff pro Minute injiziert werden. Durch Injizierung von Kohlenwasserstoffen mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung zwischen CH2 und CH4 kann das Verhältnis erhöht werden, da deren Spaltung zusammen mit anschließender Oxydierung von Kohlenstoff eine exotherme Reaktionaserie darstellt.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird Kohlenstoff, wie aus Vorstehendem hervorgeht, in einem stöchiometrischen aber schuß in Beziehung zu in der Metallschmelze enthaltenem Sauerstoff in Form von oxydischen Verbindungen injiziert. Die überschießende Menge Kohlenstoff wird von Sauerstoff, der mit den Reaktanten injiziert wird, oxydiert. Ferner werden genannter Kohlenstoff und Sauerstoffgas in einem solchen gegenseitigen stöchiometrischen Verhältnis injiziert, daß die Bildung von Kohlendioxyd (CO2) und Wasser (H2O) unterdrückt wird.
Die Proportion zwischen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H), die injiziert werden, ist vorzugsweise so, daß das Molverhältnis zwischen injiziertem Kohlenstoff und injiziertem Wasserstoff 0,25:1 bis 4:1 ist.
Ferner ist die Proportion zwischen Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (0), die injiziert werden, vorzugsweise so, daß das Molverhältnis zwischen injiziertem Kohlenstoff und injiziertem Sauerstoff 1,2:1 bis 4,6:1 ist.
Zur Herstellung von Methanol aus der Gasmischung wird vorzugsweise ein Teil des erzeugten Kohlenoxydgases zur Bildung von Wasserstoffgas auf bekannte Weise gem. der exothermen Formel angewendet, wonach das Kohlenoxydgas aus der Gasmischung ausgewaschen wird. Hierbei werden die Gasmischung und die Menge Kohlenoxydgas für Herstellung von Wasserstoffgas so angepaßt, daß das verbleibende Gas ein Wasserstoffgas/Kohlenoxydgas-Verhältnis von 2,1:1 hat, d.h. das stöchiometrische Verhältnis dieser Gase in Methanol. Das Abgas wird zu einem bekannten Synthetisierungsprozeß für Methanol weitergeleitet. Nachstehend wird kurz ein Beispiel eines Synthetisierungsprozesses angegeben.
Die Synthetisierung geht in folgenden Stufen vor sich: a) Die Gasmischung von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas wird durch ein Kühl- und Staubreinigungsaggregat geleitet. Obwohl die Gasmischung im wesentlichen staubfrei ist, muß sie Staubreinigung unterzogen werden, da für die Herstellung von Methanol eine absolut staubfreie Gasmischung notwendig ist.
b) Die Gasmischung wird zu einer Gasglocke geleitet und dort gesammelt, um intermittente Stufen im Prozeß auszugleichen.
c) Das gekühlte gereinigte Gas wird auf 30 bar verdichtet und mit Wasserdampf in einem sog. Wechsel-Reaktor umgesetzt, wo Wärmeaustausch zwischen eingehendem Gas und abgehendem Gas erfolgt, wobei die exotherme Reaktion erfolgt, wie vorstehend beschrieben, um das Wasserstoffgas/Kohlenoxydgas-Verhältnis auf 2,1:1 einzustellen.
d) Kohlßndioxyd und evtl. verbleibende Schwefelverbindungen werden in einem Absorptionssystem entfernt.
e) Das Gas wird auf 100 bar verdichtet, wonach die Synthese zu Methanol in einem Reaktor erfolgt, wo Wärmeaustausch zwischen eingehendem und abgehendem Gas erfolgt.
f) Das abgehende Gas wird zu flüssigem Methanol kondensiert.
Eine Alternative zu Ausnutzung eines Teiles des erzeugten Kohlenoxydgases für Umsetzung mit Wasser zu Wasserstoffgas und Kohlendioxyd ist Trennung eines Teiles des erzeugten Kohlenoxydgases auf bekannte Weise, so daß die Gasmischung dazu gebracht wird, das stöchiometrische Verhältnis von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas in Methanol direkt anzunehmen.
Die erzeugte Gasmischung von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas kann auch dazu gebracht werden, das stöchiometrische Verhältnis in anderen Kohlenwasserstoffverbindungen als Methanol anzunehmen, z.B. Athanol, Butanol usw. Dies kann entweder durch Umsetzung eines Teiles des erzeugten Kohlenoxydgases mit Wasser zu Wasserstoffgas und Kohlendioxyd oder durch Trennung eines Teiles der erzeugten Gasmischung geschehen.
Ein sehr großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der injizierte Kohlenstoff von sehr schwankender Qualität sein kann. Es können z.B. Lignit oder Anthrazit wie auch schwefelreiche oder schwefelarme Kohlesorten injiziert werden. Ferner können, wie gesagt, Kohlenwasserstoffe verschiedener Art wie auch andere Kohlenstoffverbindungen injiziert werden. Kohle in Form von vegetabilischem Material, z.B.
Torf- und Holzprodukte in feinverteilter Form, können ebenfalls injiziert werden.
Das Metall in der Metallschmelze hat eine hohe Affinität zu Schwefel, so daß dieses in die Metallschmelze eingelöst wird.
Es werden vorzugsweise solche Mengen Reaktanten injiziert, daß der Schwefelgehalt in der Metallschmelze dazu gebracht wird, maximal einen solchen Wert zu erreichen, daß der Schwefeldioxydgehalt in der Gasmisehung 1000 ppm beträgt, wonach die Metallschmelze von Schwefel gereinigt wird. Je nach dem gewählten Metall erfolgt dessen Schwefelreinigung auf verschiedene Weise. Wenn die Affinität des Metalles zu Sauerstoff viel niedriger ist als die des Schwefels, was z.B. für Kupfer zutrifft, wird die Schwefelreinigung durch Oxydierung des Schwefels auf bekannte Weise gern. der Formel Cu2S + °2-- 2Cu + S02 durchgeführt. Ist jedoch die Affinität des Metalles zu Sauerstoff nicht genügend niedriger als die des Schwefels, was z.B. für Eisen gilt, erfolgt Entschwefelung mit einem Entschwefelungsmittel, z.B. Kalziumoxyd CaO, gern. der Formel Die Schwefelreinigung wird zweckmäßig be einer Gelegenheit durchgeführt, wo keine Injektion erfolgt,damit eine effektive Sammlung von Schwefeldioxyd bzw. CaS geschehen kann.
Für den Fall, daß ein Kühlmittel zugesetzt wird, das Metall oder Metalloxyde enthält, wächst das Volumen der Metallschmelze.
Als Nebenprodukt werden somit geschmolzenes oder ausreduziertes Metall sowie Schlacke erhalten, die von Kohlenasche und Gangart, wie genannt, stammt. Nach genannterXSchwefelreinigung und Entfernung von Schlacke wird ein Teil des Metalles auf bekannte Weise aufgegossen, so daß die Metallschmelze ein geeignetes Volumen zurückerhält.
Die vorliegende Erfindung bietet, wie beschrieben, große Vorteile gegenüber bekannten Prozessen zur Vergasung von Kohle.
Die wichtigsten Vorteile sind, daß ein im wesentlichen schwefel- und staubfreies Gas aus Kohle mit hohen Schwefelgehalten und Staubgehalten erzeugt werden kann, und daß Schwefel, der mit den Reaktanten in die Metallschmelze eingeführt wurde, von der Schmelze in relativ konzentrierter Form entfernt und gesammelt werden kann. Gesammelter Schwefel in Form von Schwefeldioxyd kann als Rohmaterial für z.B. Rerstellung von SchwefelEäure dienen.
Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist, daß im wesentlichen aller in den Reaktanten enthaltene Kohlenstoff zu Kohlenoxydgas oxydiert wird. Ferner werden gern. der Erfindung große Mengen Wasserstoffgas im wesentlichen durch Injektion von Wasser hergestellt, das auch als Kühlmittel für die exotherme Oxydierung von Kohlenstoff dient, oder durch Injektion von Kohlenwasserstoffen.
Die Nebenprodukte von einem Prozeß gem. dem vorliegenden Verfahren bestehen aus metallischem Material, was die Kombination der Kohlevergasung mit Metallherstellung ermdglicht, wobei auch das Nebenprodukt einen großen ei darstellt.
Ein weiterer großer Vorteil des Prozesses liegt in seiner leichten Regelung dadurch, daß die injizierten Reaktanten innerhalb weiter Grenzen gewählt werden können, um gewünschte Gaszusammensetzungen zu ergeben.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele von Ausführungsformen begrenzt anzusehen. Die Mengen injizierten Materiales verschiedener Sorten können z.B.
bedeutend außerhalb der in den Beispielen angegebenen Werte variiert werden. Ein großer Anteil injizierten Materiales kann z.B. aus Kohlenwasserstoffen bestehen.
Ferner können andere als die oben angegebenen Metallschmelzen angewendet werden. Eine große Anzahl von Gas zusammensetzungen Uber die vorstehend genannten hinaus kann gem. der Erfindung hergestellt werden.
Leerseite

Claims

PatentansprÜche 1. Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen schwefelfreien und staubfreien Gasmischung für Weiterveredlung oder Verbrennung, die im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd (CO) und Wasserstoffgas (H) aus Kohlenstoff (C) in Form von Kohle besteht, die eine gewisse Menge Wasser, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffverbindungen wie organisches Material enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß genannte Kohle in eine Metallschmelze in einem stöchiometrischen Oberschuß in Beziehung zu in der Metallschmelze enthaltenem Sauerstoff in Form von oxydischen Verbindungen zusammen mit Sauerstoffgas und zusammen mit einem Kühlmittel injiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß genannte Kohle und genannter Sauerstoff in einem solchen gegenseitigen stöchiometrischen Verhältnis injiziert werden, daß die Bildung von Kohlendioxyd (C02) und Wasser (H20) unterdrückt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche41 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß genanntes Kühlmittel Metalloxvde und/oder Metallschrott von im wesentlichen demselben Metall enthält, das den Hauptbestandteil in genannter Metallschmelze bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß genanntes organisches Material Torf- oder Holzprodukte enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 1, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, die Schwefel enthalten, in die Metallschmelze in solcher Menge inJiZiert werden, daß der Schwefelgehalt in der Metallschmelze dazu gebracht wird, maximal einen solchen Wert'zu erreichen, daß der Schwefeldioxydgehalt in der Gasmischung lOOô ppm beträgt, wonach die Metallschmelze auf an und für sich bekannte Weise von Schwefel gereinigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Jjs das Molverhältnis Kohlenstoff (C) zu Wasserstoff (H), die in die Metallschmelze injiziert werden, 0,25:1 bis 4:1 beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Molverhältnis Kohlenstoff (C) zu Sauerstoff (0), die in die Metallschmelze injiziert werden, 1,2:1 bis 4,6:1 beträgt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß genanntes Kühlmittel Wasser enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hauptbestandsteil Metall in der Metallschmelze aus Eisen besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hauptbestandsteil Metall in der Metallschmelze aus Kupfer besteht.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß genannte Ko Sauerstoffgas und eine wasserstoffhaltige Verbindung,wie Wasser, in solchen gegenseitigen Proportionen injiziert wird, daß genannte Gasmischung dazu gebracht wird, solche Gehalte von Kohlenoxvdgas und Wasserstoffgas anzunehmen, daß durch Umwandlung einer gewissen Menge Wasser und erzeugten Kohlenoxydgases zu Wasserstoffgas und Kohlendioxyd die Gasmischung dazu gebracht wird, das stöchiometrische Verhältnis vop Kohlenmonoxyd und Wasserstoffgas in einer Kohlenwasserstoffverbindung, wie z.B.

Methanol, Äthanol, Butanol usw. anzunehmen, und daß genannte Gasmischung auf eine geeignete, an und für sich-bekannte Weise zu genannter Kohlenwasserstoffverbindung umgewandelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Kohle, Sauerstoffgas und genannte wasserstoffhaltige Verbindung in solchen gegenseitigen Proportionen injiziert werden, daß genannte Gasmischung dazu gebracht wird, solche Gehalte von Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas anzunehmen, daß durch Entfernung einer gewissen Menge Kohlenoxydgas aus der Gasmischung die Gasmischung dazu gebracht wird, das stbchiometrische Verhältnis für eine Kohlenwasserstoffverbindung, wie z.B. Methanol, Athanol, Butanol usw., anzunehmen, und daß genannte Gasmischung auf geeignete, an und für sich bekannte Weise zu genannter Kohlenwasserstoffverbindung umgewandelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß genannte Kohlenwasserstoffverbindung aus Methanol besteht.