DE917447C

DE917447C - Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus staubfoermigen Brennstoffen

Info

Publication number: DE917447C
Application number: DEK5962D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Totzek
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1941-09-02
Filing date: 1941-09-02
Publication date: 1954-09-02

Description

Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus staubförmigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen, insbesondere für die Synthese von Treib- und Schmierstoffen, durch Vergasen von staubförmigen Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft unter Zusatz von vorerhitzten, endotherm reagierenden Vergasungsmitteln (Wasserdampf oder Kohlensäure) zu den bei der Umsetzung des Brennstaubes mit Sauerstoff entstehenden Reaktionsprodukten.
Die Erfindung besteht darin, den Brennstaub zunächst mit dem Sauerstoff vor Eintritt in den Reaktionsraum zu vermischen und das Gemisch dann mit solcher Geschwindigkeit und Temperatur in den Reaktionsraum einzuführen, daß die Reaktion erst nach Austritt aus dem Zuführungsrohr innerhalb des Reaktionsraumes einsetzt, während in den Reaktionsraum zum Zwecke der endothermen Wassergasbildung die entsprechenden, hoch vorerhitzten Vergasungsmittel für sich eingeführt werden.
Infolge der innigen Vermischung des Brennstaubes mit dem Sauerstoff vor Eintritt in den Reaktionsraum geht die exotherme Reaktion, die zunächst eine Verbrennung des Brennstaubes mit einer beschränkten Menge Sauerstoff ist, unter Bildung von Kohlenoxyd als Reaktionsprodukt mit außerordentlicher Intensität unmittelbar nach Eintritt des Brennstaub-Sauerstoff-Gemisches in den Reaktionsraum vor sich. Da die Reaktion in allen Zonen des Gemisches praktisch gleichzeitig und gleichmäßig abläuft, ergibt sich außer einer sehr gleichmäßigen CO-Bildung als weitere, und zwar ganz wesentliche Wirkung, daß der Brennstaubrückstand gleichmäßig auf höchste Temperaturen erhitzt wird. Die exotherme Reaktion greift wegen der innigen Gemischbildung praktisch an der Oberfläche jeden Brennstaubteilchens an. Der nicht vergaste Rest der Brennstaubteilchen erfährt daher durchgehend eine der hohen Reaktionstemperatur entsprechende Erhitzung, d. h. mit anderen Worten, der feste Reaktionsteilnehmer, der bei der nun einsetzenden endothermen Wassergasreaktion umgesetzt werden soll, gelängt hoch vor-erhitzt in die Wassergasbildungszone.
Diese hohe Vorwärmung des festen Reaktionsteilnehmers ist bei der Wassergasreaktion von entscheidender Bedeutung für das Ausmaß der Wassergasbildung. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren hohen Temperaturen des Restbrennstoffes und des Verbrennungsproduktes (CO) erleiden keine Herabsetzung durch Wärmeabgabe an die in hoch v orerhitztem Zustand eingeführten Reaktionsteilnehmer (Wasserdampf oder Kohlensäure) ; die gesamte fühlbare Wärme des Restbrennstoffes und des Verbrennungsproduktes steht also für die eigentliche endotherme Wassergasreaktion zur Verfügung. Hierdurch ist erreicht, daß die endotherme Reaktion mit auf höchster Temperaturstufe befindlichen Reaktionsteilnehmern begonnen wird und auf einer solchen Temperaturhöhe abläuft, daß die restlose Umsetzung des Kohlenstaubes innerhalb der praktisch zur Verfügung stehenden Zeit sicher durchgeführt ist, und zwar infolge der gleichmäßig hohen Temperaturlage sämtlicher Reaktionsteilnehmer.
Es ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Wassergas aus Kohlenstaub bekannt, bei der der Kohlenstaub dem Reaktionsraum durch ein Zuführungsrohr zugeführt wird, um das eine Sauerstoffleitung angeordnet ist, die den Sauerstoff mit einem solchen Druck dem Reaktionsraum zuführt, daß sich Sauerstoff und Brennstaub mischen. Diese Mischung beginnt aber erst innerhalb des Reaktionsraumes. Da hierbei aber sofort die Reaktion zwischen Sauerstoff und Brennstaub in den Randschichten des Staubstrahles einsetzt, ist eine Gemischbildung wegen der gleichzeitigen beträchtlichen Vergrößerung des Gasvolumens nicht mehr möglich, jedenfalls nicht im Sinne einer innigen Relativbewegung zwischen Brennstaubteilchen und Sauerstoff. Der Sauerstoff wird vielmehr im wesentlichen nur die Randzonen des Staubstrahles erfassen und sich dort mit dem Brennstaub umsetzen, d. h. die Kohlenstaub-Sauerstoff-Reaktion geht hier nicht in Gegenwart einer beschränkten Menge Sauerstoff vor sich, sondern, bezogen auf die Kohlenstoffmengen in den Randzonen des Staubstrahles, praktisch sogar unter Sauerstoffüberschuß. Erhöhte Kohlensäurebildung ist die notwendige Folge. Der Brennstaub im Innern des Staubstrahles reagiert überhaupt nicht oder nur in ganz unzureichendem Maße mit dem Sauerstoff. Es kann daher bei dem bekannten Verfahren nicht zu jener vorteilhaften gleichmäßigen Erhitzung des gesamten Brennstaubes kommen, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Brennstaub im Innern des Staubstrahles bleibt kalt bzw. wird nur ganz gering vorerwärmt, so daß die nun folgende endotherme Wassergasreaktion unter den gleichen ungünstigen Bedingungen vor sich geht wie bei den anderen bekannten Staubv ergasungsverfahren.
Das zum Einblasen des Brennstaubes benutzte Medium braucht nicht völlig aus Sauerstoff zu bestehen. Es mag eine gewisse Menge endotherm reagierender Vergasungsmittel, wie Wasserdampf oder Kohlensäure, dem Sauerstoffstrom zugeführt werden. Wird Wasserdampf zugesetzt, kann es vorteilhaft sein; den Brennstaub mäßig vorzuwärmen, so daß eine Kondensation von Wasser in der Misch- und Einblaseeinrichtung verhindert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hervorragend geeignet zur Erzeugung von Synthesegasen bestimmter Zusammensetzung, namentlich in bezug auf den Kohlenoxyd- und Wasserstoffgehalt. So ist es z. B. gelungen, durch zweckmäßige Bemessung des Wasserdampfzusatzes aus einer bestimmten Staubkohle ein Synthesegas herzustellen, in dem sich der CO-Gehalt zum H2 Gehalt wie i :.2 verhält; aber es ist auch in dem gleichen Gaserzeuger mit dem gleichen Brennstoff ein Synthesegas mit einem Verhältnis C O : H2 = 3 : i, und zwar ohne Zugabe von Kohlensäure, hergestellt worden.
Die außerordentlich günstige Kohlenstoffbilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daraus ersehen werden, daß etwa 95 % des im Ausgangsbrennstoff enthaltenen Kohlenstoffes wieder im gewonnenen Gas erscheinen, und zwar zum weitaus größten Teil in Form von Kohlenoxyd, während der Anteil Kohlensäure im gewonnenen Gas nur einige Prozent beträgt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen, insbesontiere für die Synthese von Treib- und Schmierstoffen, durch Vergasen von staubförmigen Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft unter Zusatz von vorerhitzten endotherm reagierenden Vergasungsmitteln (Wasserdampf oder Kohlensäure) zu den bei der Umsetzung des Brennstaubes mit Sauerstoff entstehenden Reaktionsprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Brennstaub mit dem Sauerstoff vor Eintritt in den Reaktionsraum gemischt und das Gemisch dann mit solcher Geschwindigkeit und Temperatur in den Reaktionsraum eingeführt wird, daß die Reaktion erst nach Austritt aus dem Zuführrohr innerhalb des Reaktionsraumes einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die endotherm reagierenden Vergasungsmittel in den Vergasungsraum mit einer Temperatur von etwa 8o6° C oder mehr eingeführt werden. Angezogene Druckschriften: österreichische Patentschrift Nr. 149 358; deutsche Patentschrift Nr. 571 168; britische Patentschrift Nr. a42 741; Perry, I. H., »Chemical Engineers' Handbook«, New York und London, 19134, S. igio und aoo4; Dr. W. I. Müller und Dr.-Ing. E. Graf, »Kurzes Lehrbuch der Technologie der Brennstoffe«, Wien 1939, S. 89.