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DE3606108A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung eines hauptsaechlich co + h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) enthaltenden gases durch thermisches reformen von gasfoermigem kohlenwasserstoff - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur herstellung eines hauptsaechlich co + h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) enthaltenden gases durch thermisches reformen von gasfoermigem kohlenwasserstoff

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DE3606108A1
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DE
Germany
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gas
plasma generator
honke
essen
partner
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DE19863606108
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Inventor
Lars Falun Bentell
Björn Sala Hammarskog
Sven Hofors Santén
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SKF Steel Engineering AB
Original Assignee
SKF Steel Engineering AB
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Publication date
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Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
J Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines '' hauptsächlich CO + H2 enthaltenden Gases durch thermisches Reformen von gasförmigem Kohlenwasserstoff, z.B. CH4, mit Wasserdampf in nahezu stöchiometrischem Verhältnis sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
'j\J Bei einem bekannten Verfahren zum Reformen von gasförmigem Kohlenwasserstoff wie beispielsweise CH. zur Herstellung eines CO + H3 enthaltenden Gases erfolgt das katalytische Reformen bei Temperaturen von unter etwa 10000C. Zur Herstellung von Reduktionsgas durch sogenanntes einstufiges Reformen erfolgt das Reformen bei einem nahezu stöchiometrischem Verhältnis zwischen H3O und C. Für dieses Verfahren werden hohe Temperaturen begünstigt, doch ist die Temperatur durch die Festigkeit des Materials der Reformerröhren begrenzt.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß der Katalysator gegenüber Schwefel extrem empfindlich ist und der Kohlenwasserstoff daher vor dem Reformen von Schwefel befreit werden muß.
Es ist an sich bekannt, daß Kohlenwasserstoff ohne Verwendung von Katalysatoren bei Temperaturen von über 1200 - 13000C reformt werden kann. Man kennt jedoch kein geeignetes Verfahren oder keine geeignete Einrichtung zur Durchführung dieses Prozesses.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zu schaffen, um Kohlenwasserstoff ohne Verwendung von Reformerröhren oder Katalysatoren thermisch zu reformen.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen dadurch, daß gasförmiger Kohlenwasserstoff und Wasserdampf getrennt oder vermischt sowie in nahezu stöchiometrischem Verhältnis einem Reformreaktor zugeführt werden und das Gas insgesamt oder teilweise mit Hilfe von Plasmageneratoren derart erhitzt wird, daß die Temperatur der Gasmischung 12000C überschreitet.
Außer der Tatsache, daß Außenenergie über Plasmageneratoren zugeführt wird, ergibt sich beim erfindungsgemäßen thermischen Reformverfahren auch ein sehr niedriger Gehalt an CO2 + H_O direkt von Beginn an, d.h. von unter 10%.
Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Kohlenwasserstoff und/oder Wasserdampf insgesamt oder teilweise durch den Plasmagenerator hindurchgeleitet, während das restliche Gas direkt in den Reaktor eingeblasen wird.
Der Plasmagenerator kann mit zwei Ringelektroden ausgestattet sein, oder er kann mit Lichtbogen-Übertragung arbeiten.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Wärmeverlust im Prozeß und/oder die physikalische Wärme im erzeugten Gasgemisch zumindest teilweise ausgenutzt, um Wasserdampf zu erzeugen, welcher in dem Prozeß verwendet wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, die physikalische Wärme in dem erzeugten Gasgemisch zumindest teilweise auszunutzen, um das erzeugte Gas zu entschwefeln. Diese Entschwefelung wird durch Einblasen eines Schwefelakzeptors wie beispielsweise pulverisierter Kalkstein oder Dolomit in den Reaktor durchgeführt, woraufhin der größte Teil des Schwefels zusammen mit dem verbrauchten Kalk in fester und/oder flüssiger Form abgeschieden wird.
Des weiteren schlägt die Erfindung vor, die physikalische Wärme in dem erzeugten Gasgemich zumindest teilweise auszunutzen, um das erzeugte Gas zu karburieren. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß pulverisierter reaktiver Kohlenstoffträger, gewöhnlich Koks, in den Reaktor eingeblasen wird und anschließend die übrigbleigende Asche in fester und/oder flüssiger Form abgeschieden wird. Der REstanteil an CO~ + ELO kann auf diese Weise noch weiter reduziert werden, und zwar theoretisch bis auf 0%.
An sich ist es auch möglich, die Entschwefelung und/oder die Karburierung in getrennten Reaktoren durchzuführen, durch welche das erzeugte heiße Gas nach dem Reformen hindurchgeleitet wird.
Die Erfindung wird daher in einem leere, wärmeisolierten Reaktor durchgeführt, in welchem die Temperatur 12000C übersteigt und vorzugsweise 13000C erreicht. Der Druck in dem Gasgemisch innerhalb des Reaktors wird auf den vorgeschlagenen Zweck, für welchen das Gas verwendet werden soll, eingestellt.
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Falls es als Reduktionsgas verwendet werden soll, sollte der Druck zweckmäßigerweise annähernd 2 bis 3 bar (a) betragen und für eine Verwendung als Synthesegas sollte der Druck normalerweise etwa 20 bar (a) übersteigen. Die Temperatur des erzeugten Gases wird auf eine für den Zweck geeignete Weise gesteuert wie beispielsweise durch Wärmeaustausch und/oder durch Kühlung.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt zumindest eine Reaktionskammer, zumindest einen Plasmagenerator für die Zufuhr von Außenenergie zur Reaktionskammer, Zuführeinrichtungen für vom Plasmagenerator zu erhitzenden Kohlenwasserstoff und Wasserdampf sowie Gasauslässe und Auslässe für Schlacke und Asche.
Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Einrichtung außerdem Zuführeinrichtungen für reaktiven Kohlenstoffträger und/oder Schwefelakzeptoren.
Der Plasmagenerator kann mit zylindrischen Elektroden versehen sein, zwischen denen ein Lichtbogen erzeugt wird, oder er kann mit Lichtbogen-Übertragung arbeiten.
Ein weiteres zweckmäßiges Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung besteht aus einem zylindrischen Schacht, welcher in eine Reformzone und eine Karburierzone unterteilt ist, wobei eventuell eine Einschnürung zwischen diesen beiden Zonen vorgesehen ist, während am Boden des Schachtes ein Auslaß für flüssige Schlacke vorgesehen ist und im unteren Teil des
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Schachtes ein Gasauslaß, welcher mit einem nachgeschalteten Separator in Verbindung steht, wobei letzterer im unteren Teil einen Auslaß für feste Schlacke und unverdampftes Material sowie einen Gasauslaß im oberen Teil aufweist. Zuführeinrichtungen für reaktiven Kohlenstoffträger und Schwefelakzeptoren sind an einer oder mehreren Stellen im Schacht und in Verbindung mit dem Gasauslaß vom Schacht angeordnet.
Zweckmäßigerweise ist der Plasmagenerator oder sind die Plasmageneratoren an der Spitze des vertikalen Schachtes angeordnet.
Vorzugsweise ist der Separator als Zyklon ausgebildet, um das Abscheiden von festen Teilchen zu erleichtern.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung besitzt die Einrichtung einen Wärmetauscher im Gasauslaß vom vertikalen Schacht und/oder vom Separator.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden eingehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigt die einzige Figur
eine schematische Schnittzweichnung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen thermischen Reformverfahrens.
Die Einrichtung besitzt einen senkrechten, zylindrischen Schacht 1, der aus einer Reformzone 2 und einer Karburier-
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- 10 -
zone 3 zusammengesetzt ist. Diese beiden Zonen sind teilweise durch eine Einschnürung 4 voneinander getrennt, stehen jedoch in direkter Verbindung miteinander.
An der Spitze des Schachtes ist zumindest ein Plasmagenerator 5 angeordnet. Kohlenwasserstoff kann insgesamt oder teilweise in den Schacht durch die Leitung 6 eingeleitet werden oder durch die Leitung 7 in einen Mischer 8. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entzieht Wasser dem erzeugten Gas Wärme und der dabei entstehende Wasserdampf wird durch die Leitung in den Mischer eingeleitet oder insgesamt oder teilweise in die Reformzone über die Leitung 10 eingeblasen. Im Mischer 8 kann ein Gasgemisch hergestellt werden, welches insgesamt oder teilweise durch die Leitung 11 und von dieser durch den Plasmagenerator 5 geleitet wird. Ein Teil des Gasgemisches kann auch direkt in die Reformzone über die Leitung 12 eingeblasen werden.
Diese Ausführung ermöglicht es daher, das je nach Bedarf nur Kohlenwasserstoff oder Wasserdampf dem Plasmagenerator über den Mischer 8 zugeführt wird.
Die Karburierzone 3 unter der Vergasungs- oder Reformzone 2 steht mit einem Separator 14 über eine Gasleitung 13 in Verbindung, sodaß eine ausreichend lange Verweilzeit für das Gas sichergestellt ist und eine Karburierung des Gasgemisches auf den gewünschten Restgehalt an H3O und CO2 möglich wird. Der Separator besteht vorzugsweise aus einem Hyklon, wodurch eine Abtrennung von Verschmutzungen in Teilchenform wie beispiels-
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- AU-
weise Schlackentropfen und unvergastes Material vom Gas erleichtert wird.
Der Hauptteil der Schlacke aus der Vergasungszone 2 wird durch einen Schlackenauslaß 15 der zylindrischen Vergasungszone im Schacht 1 entfernt, während vom Gas mitgerissene Teilschen durch den Schlackenauslaß 16 am Boden des Separators entfernt werden.
Funktionell bildet die Gasleitung 13 einen Teil der Karburierzone 3. Düsen 17, 18, 19 für die Zufuhr von reaktiven Kohlenstoffträgern und/oder Schwefelakzeptoren sind in der Vergasungszone, der Karburierzone und in dieser Gasleitung angeordnet. Durch diese Düsen kann eventuell auch ein Schlackenbildner eingeblasen werden.
In der Zeichnung ist ein Wärmetauscher 13 im Gasauslaß 20 des Separators 14 dargestellt. Dieser wird für den Wärmeaustausch oder zum Kühlen des erzeugten Gases verwendet. Wie bereits erwähnt, kann der Wärmetauscher vorzugsweise ausgenutzt werden, um Wasserdampf für den Reformprozeß zu erzeugen. Dieser Wärmeaustausch oder die Kühlung des Gasgemisches kann alternativ auch in der die Karburierzone mit dem Separator verbindenden Gasleitung 13 durchgeführt werden.
- Leerseite -

Claims (16)

Andrejewski, Honke & Partner Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 64 795/E-th 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 21. Februar 1986 Patentanmeldung SKF Steel Engineering AB P. 0. Box 202 S-813 00 HOFORS, Schweden Verfahren und Einrichtung zur Herstellung eines hauptsächlich CO + H2 enthaltenden Gases durch thermisches Reformen von gasförmigem Kohlenwasserstoff. Patentansprüche.
1. Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich CO + H_ enthaltenden Gases durch thermisches Reformen von gasförmigem Kohlenwasserstoff, z.B. CH4, mit Wasserdampf in nahezu stöchiometrischem Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Kohlenwasserstoff und Wasserdampf getrennt oder vermischt sowie in nahezu stöchiometrischem
Andrejewsld, Honke & Partner, Pafentanwäite in Essen
Verhältnis einem Reformreaktor zugeführt werden und das Gas insgesamt oder teilweise mit Hilfe von Plasmageneratoren derart erhitzt wird, daß die Temperatur der Gasmischung 12000C überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenwasserstoff und/oder Wasserdampf insgesamt oder teilweise durch den Plasmagenerator hindurchgeleitet wird/werden, während das restliche Gas direkt in den Reaktor eingeblasen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmagenerator zwei Ringelektroden aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmagenerator mit Lichtbogen-Übertragung arbeitet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeverlust im Verfahren und/oder die physikalische Wärme im erzeugten Gasgemisch zumindest teilweise ausgenutzt wird/werden, um im Verfahren verwendeten Wasserdampf zu erzeugen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Wärme im erzeugten Gasgemisch zumindest teilweise ausgenutzt wird, um das erzeugte Gas zu entschwefeln.
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entschwefelung ein Schwefelakzeptor wie beispielsweise pulverisierter Kalkstein oder Dolomit in den Reaktor eingeblasen wird und anschließend der Schwefel zusammen mit dem verbrauchten Kalk in fester und/oder flüssiger Form abgeschieden wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß physikalische Wärme im erzeugten Gasgemisch zumindest teilweise zum Karburieren des erzeugten Gases ausgenutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Karburieren pulverisierter reaktiver Kohlenstoffträger, vorzugsweise Koks, in den Reaktor eingeblasen wird und anschließend die restliche Asche in fester und/oder flüssiger Form abgeschieden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Karburierung soweit durchgeführt wird, daß der CO0 + H_0 Gehalt nach dem Karburieren des Gasgemisches unter 10% liegt.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zumindest eine Reaktionskammer, zumindest einen Plasmagenerator (5) für die Zufuhr von Außenenergie zur Reaktionskammer, durch Zuführeinrichtungen für vom Plasmagenerator zu erhitzenden Kohlenwasserstoff und Wasserdampf sowie durch Auslässe (15, 16) für Schlacke und Asche.
Andrejewsid, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zuführeinrichtungen (17, 18, 19) für reaktiven Kohlenstoff träger und/oder Schwefelakzeptoren aufweist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch einen senkrechten, zylindrischen Sehacht (1), welcher in eine Reformzone (2) und eine Karburierzone (3) getrennt ist, wobei eventuell eine Einschnürung (4) zwischen den Zonen ausgebildet ist, welcher am Boden einen Auslaß (15) für flüssige Schlacke und im unteren Bereich einen Gasauslaß
(13) aufweist, welcher mit einem nachgeschalteten Separator
(14) in Verbindung steht, welcher seinerseits in seinem unteren Bereich einen Auslaß (16) für feste Schlacke und unverdampftes Material sowie in seinem oberen Bereich einen Gasauslaß (20) aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmagenerator oder die Plasmageneratoren an der Spitze des senkrechten Schachtes (1) angeordnet ist/sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (14) als Zyklon ausgebildet ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasauslaß (13) vom senkrechten Schacht (1) und/oder im Gasauslaß (20) vom Separator (14) ein Wärmetauscher (21) angeordnet ist.
DE19863606108 1985-03-01 1986-02-26 Verfahren und einrichtung zur herstellung eines hauptsaechlich co + h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) enthaltenden gases durch thermisches reformen von gasfoermigem kohlenwasserstoff Withdrawn DE3606108A1 (de)

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