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DE2520584C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor

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DE2520584C3
DE2520584C3 DE2520584A DE2520584A DE2520584C3 DE 2520584 C3 DE2520584 C3 DE 2520584C3 DE 2520584 A DE2520584 A DE 2520584A DE 2520584 A DE2520584 A DE 2520584A DE 2520584 C3 DE2520584 C3 DE 2520584C3
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Germany
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slag
iron bath
coal
desulfurization
sulfur
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DE2520584A
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Karl Dr.-Ing. Brotzmann
Hans-Georg Dr.-Ing. Fassbinder
Helmut Prof. Dr.-Ing. Knueppel
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Kloeckner CRA Patent GmbH
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EISENWERK-GESELLSCHAFT MAXIMILIANSHUETTE MBH 8458 SULZBACH-ROSENBERG
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, dessen Eisenbad mit einer schwefelaufnehmenden Schlacke bedeckt ist, wobei die Kohle in das Eisenbad eingeführt und mit gleichzeitig eingeführten sauerstoffhaitigen Vergasungsmitteln vergast wird, ein Teil der schwefelhaltigen Schlacke kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entschwefelt und in den Eisenbadreaktor zurückgeführt wird.
Bei der Vergasung von Kohle wirkt sich der Schwefelgehalt der Kohle störend aus. Manche Kohlevorkommen können aufgrund ihres hohen Schwefelgehaltes nicht genutzt werden, da bisher kein betriebssicheres und wirtschaftlich arbeitendes Vergasungsverfahren für Kohle mit hohem Schwefelanteil zur Verfügung stand.
Die unerwünschten Wirkungen des Schwefels und der sich bildenden Reaktionsprodukte sind unter anderem eine erhöhte Korrosion der Anlagenteile, die mit dem Schwefel und insbesondere dessen gasförmigen Reaktionsprodukten in Berührung kommen. Bei chemischen Verfahren ist insbesondere die Beeinflussung und Zerstörung der Katalysatoren zu befürchten. Die
ίο schwefelhaltigen Abgase stellen ein Problem bezüglich der Umweltbelastung dar.
Die bekannten Verfahren zur Vergasung von Kohle sind für stark schwefelhaltige Kohle nicht geeignet, da entweder eine betriebssichere Entschwefelung über
längere Zeiträume nicht möglich ist oder diese nicht wirtschaftlich arbeiten.
In der US-PS 35 26 478 und der DE-OS 19 55 115, sind Verfahren beschrieben, bei denen feinkörnige Kohle kontinuierlich einem Eisenbad zugeführt wird und ein weitgehend schwefelfreies, brennbares Gas, hauptsächlich bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, erhalten wird. Dem Eisenbad wird feinkörnige Kohle mit einer wassergekühlten Lanze unterhalb der Badoberfläche zugeführt. Gleichzeitig wird über eine zweite Lanzeneinrichtung Sauerstoff und Wasserbad eingeleitet. Auf das Eisenbad wird Kalk, Kalkstein oder Dolomit gegeben, um eine entschwefelnd wirkende Schlacke auf dem Eisenbad zu erzeugen. Bei günstiger Verfahrensführung wird ein Gas mit einer ungefähren
jo Zusammensetzung von etwa 70 bis 80% CO und etwa 15 bis 25% H2 erzeugt. Der in der Kohle vorhandene Schwefel wird von der basischen, insbesondere kalkreichen Schlacke aufgenommen.
Die vom Eisenbad abgezogene Schlacke wird abgekühlt, zerkleinert und anschließend zurückgeführt bzw. zum Teil in verschiedener Art und Weise weiterverwendet.
Für die kontinuierliche Entschwefelung des Eisenbades, dem durch die eingeleitete Kohle ständig Schwefel zugeführt wird, sind beträchtliche Schlackenmengen erforderlich und ständig abzuführen, um eine kontinuierliche Schwefelentfernung zu gewährleisten. Damit eine hohe Schwefelkonzentration in der Schlacke erreicht wird, ist eine hohe Basizität (CaO : S1O2) in der Schlacke einzustellen. Die Schwefelsättigungslöslichkeit bei einer Basizität der Schlacke von etwa 4 beträgt etwa 5% Schwefel. Dies bedeutet beispielsweise für eine Kohle mit 2% Schwefelanteil einen Schlackenbedarf von 400 kg/t Kohle. Die Beseitigung oder Verwendung dieser Schlackenmengen stellt neben der negativen Beeinflussung der Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens ein ernsthaftes Problem dar. Insbesondere wird dadurch die Wärmebilanz des Verfahrens ungünstig.
Um diesen Nachteil wenigstens teilweise auszugleichen wurde vorgeschlagen, die schwefelreiche Schlacke aus dem Eisenbadreaktor kontinuierlich abzuziehen, und diese Schlacke durch eine Behandlung mit Wasserdampf zu entschwefeln. Die so aufgearbeitete Schlacke kann dann pulverförmig erneut dem Verfahren zugeführt werden.
Allerdings sind die Wärmeverluste bei der Wiederverwendung der aufbereiteten Schlacke, die nun auch die Aschenbestandteile der Kohle enthält, so beträcht-
6"; lieh, daß das Verfahren nur noch mit hochwertigen energiereichen Kohlesorten und bei Verwendung von reinem Sauerstoff durchführbar ist.
In der DE-PS 8 97 310 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Vergasung von Brennstoffen in ihrer eigenen umlaufenden flüssigen Schlacke beschrieben. Zwar können Erze zugegeben werden, jedoch ist ein permanentes Eisenbad mit einer schwefelaufnehmenden Schlacke zur Vergasung schwefelhaltiger Kohle nicht beschrieben.
Bei dem in der US-PS 21 93 593 beschriebenen Eisenentschwefelungsverfahren wird die entschwefelte Schlacke gleichfalls entweder abgekühlt und zerkleinert oder im flüssigen Zustand mit Luft geblasen und ι υ weiterverwendet
In dem Buch von Dr. F. K e i I »Hochofenschlacke«, 1963, Seiten 50 bis 52, ist beschrieben, daß aus flüssiger schwefelhaltiger Schlacke der Schwefel durch Blasen mit Luft als Schwefeldioxid zum erheblichen Teil zu i> entfernen ist
Bei dem in der DE-PS 8 46 553 beschriebenen Verfahren, das in seiner Führung weitgehend dem der obengenannten DE-PS 8 97 310 entspricht, zur Gewinnung von Metallen, bei dem gleichzeitig Reich- und Schwachgase gewonnen werden, wird ausgeführt daß die umlaufende Schlacke, wie auch das erschmolzene Metall aus seiner darunter befindlichen Mulde, kontinuierlich oder periodisch abgezogen werden kann. Eine Entschwefelung der Schlacke wird jedoch nicht r> angesprochen.
Gemäß den »Symposium Papers — Clean fuels from coal —«, des »IIT Research Institute Anditorium«, Chicago, Illinois, 10. bis 14.9.1973, Seiten 295 bis 300, kann die Entschwefelung der vom Eisenbad einer su Kohle-Vergasungsanlage abgezogenen, 4—8% Schwefel enthaltenden Schlacke mit Wasserdampf erfolgen. Die entschwefelte, abgekühlte Schlacke kann zu Bauzwecken eingesetzt werden. Zum Ausnutzen des Kalkgehaltes der Schlacke wird ein Teil dem Eisenbad η zurückgeführt Auch dieses bekannte Verfahren ist bezüglich der Wärmebilanz nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem in einem Eisenbadreaktor schwefelhaltige Kohle betriebssicher und wirtschaft- 4n Hch vergast werden kann und wobei ein im wesentlichen schwefelfreies Gas erzeugt wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch, daß die Schlacke in flüssigem Zustand in ein Entschwefelungsgefäß überführt wird, in dem sie durch Einführen von sauerstoffhaltigen Gasen unterhalb der Oberfläche in flüssigem Zustand entschwefelt und in flüssigem Zustand in den Eisenbadreaktor zurückgeführt wird.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Vergasen von schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Eisenbadreaktor ein Entschweielungsraum über einen Schlackenabzugskanal, der unterhalb des Schlackenbadspiegels verläuft und der zu einem Beruhigungsraum verbreitert ist, und über einen Schlackenrückströmkanal mit Überlauf in Verbindung steht; und daß der Entschwefelungsracm Düsen zur Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases unterhalb der Schlackenoberfläche aufweist
Mit dem erfindungsg^n.alien Verfahren können Kohlesorten mit sehr unterschiedlichem Heizwert und Schwefelgehalt betriebssicher und wirtschaftlich vergast werden.
Die Entschwefelung kann mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas ausgeführt werden.
Die Entschwefelung im Entschwefelungsraum, der im Gasraum vom Eisenbadreaktor vollkommen getrennt ist, erfolgt vorteilhafterweise durch Einleiten von Sauerstoff unterhalb der Schlackenbadoberfläche. Der Sauerstoff wird über Düsen, die im Boden und/oder im unteren Bereich der Seitenwand des Entschwefelungsraums angeordnet sind, zugeführt, um die Strömungswege in der Schlacke groß zu halten und damit eine intensive Entschwefelung zu bewirken. Es hat sich gezeigt, daß die Entfernung des Schwefels aus der Schlacke begünstigt wird, wenn man dem Sauerstoff ein Inertgas zumischt und es gleichzeitig, getrennt vom Sauerstoff, unterhalb der Badoberfläche in die Schlacke einleitet Die Düsen zum Einleiten von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen können beispielsweise aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut sein, wobei der Sauerstoff durch das innere Rohr und das Inertgas durch den Ringspalt geführt werden.
Zur Entschwefelung der Schlacke kann auch Luft eingeleitet werden. Die Luft kann, in Abhängigkeit von der Wärmebilanz des Verfahrens, kalt oder vorgeheizt sein. Die Zuführung von Hochofenheizwind mit oder ohne Zumischung von Kaltluft hat sich in der Praxis bewährt
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur im Eisenbadreaktor und im Entschwefelungsraum etwa gleich hoch zu halten. Die Temperatur im Eisenbadreaktor läßt sich in weiten Grenzen durch Zusatz von Stoffen, die endotherm reagieren, wie z. B. Wasserdampf oder Kalksteinmehl, vermindern und damit steuern. Im Entschwefelungsraum kann die Temperatur durch den Sauerstoffgehalt des Gasgemisches, dessen Temperatur und Menge beeinflußt werden. In der Praxis hat sich bei der Durchführung des Verfahrens eine Temperatur im Eisenbadreaktor und im Entscbwefelungsraum von etwa 1350 bis etwa 14500C als zweckmäßig erwiesen. Diese Temperaturgrenzen können um mindestens 100° C nach oben oder unten überschritten werden. Je nach Verfahrensparametern kann die Temperatur variiert werden. Ebenso sind Temperaturunterschiede zwischen Eisenbadreaktor und Entschwefelungsraum möglich.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Schwefelgehalt der Schlacke im Eisenbad verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann und damit Schlacken mit geringer Basizität angewandt werden können. Während normalerweise Basizitäten (CaO : S1O2) im Bereich zwischen 1 und 3 angewandt werden, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch noch eine hinreichende Entschwefelung bei Basizitäten von 0,8 und darunter.
Aus der niedrigen Basizität der Schlacke im Zusammenwirken mit den Bestandteilen der Kohleasche, die im allgemeinen deutliche Mengen Alkalien enthält, resultieren tiefe Schmelzpunkte der Entschwefelungsschlacke. Dies wiederum ist eine wichtige Voraussetzung für niedrige Betriebstemperaturen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weiterhin verlangt die geringe Basizität der schwefelaufnehmenden Schlacke nur eine kleine Kalkzugabe, um bei ständiger Aufnahme der Kohleasche die gewünschte Schlackenzusammensetzung zu erhalten. Dies ist ein Vorteil, der sich auf die Wärmebilanz des Verfahrens günstig auswirkt.
Die Zusammensetzung der entschwefelten Schlacke, die aus dem Entschwefelungsgefäß dem Eisenbadreaktor wieder zugeführt wird, und von der man auf diesem Weg einen gewissen Teil aus dem Prozeßkreislauf
abzieht, ermöglicht eine Verwendung dieser abgezogenen Schlacke bei der Zementherstellung.
Bei der üblichen Führung des Verfahrens liegen die Schwefelgehalte der aus dem Eisenbadreaktor abgezogenen Schlacke deutlich unter ihrem Sättigungswert. Beispielsweise kann mit einem Schwefelgehalt in der Schlacke von rund 1% gearbeitet werden. Während die Schlacke Schwefelgehalte von 1 bis 3% aufweisen kann, wird es jedoch vorgezogen, mit Schwefelgehalten zwischen 0,5 und 1% zu arbeiten. Die niedrigen Schwefelgehalte in der Schlacke ermöglichen extrem niedrige Schwefelgehalte im erzeugten Gas. Werden bezüglich der Gaserzeugung äußerst niedrige Schwefelgehalte verlangt, so kann beispielsweise der Schwefelgehalt der Schlacke im Eisenbadreaktor bei etwa 10% der Sättigungslöslichkeit gehalten werden. Allerdings ist die Entschwefelung dieser Schlacke von der Wärmebilanz des Gesamtverfahrens her gesehen ungünstiger, da der Inertgasanteil bei der Entschwefelung beträchtlich erhöht werden muß.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und
F i g. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1.
In einem konverterähnlichen Eisenbadreaktor 1, der mit einem kohlenstoffhaltigen Eisenbad 2 teilweise gefüllt ist, werden durch Düsen 3 Kohlestaub, Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase und Kalkstaub in das Eisenbad 2 eingeblasen. Die Schlacke 4 fließt über einen Schlackenabzugskanal 5, in dem ein Beruhigungsraum 6 zum Abscheiden von Eisentröpfchen vorgesehen ist, in den Entschwefelungsraum 7. Das sich aus den ausgeschiedenen Eisentröpfchen ansammelnde Eisen fließt über einen Kanal 8 in den Eisenbadreaktor 1 zurück.
Dem Beruhigungsraum 6 in dem Schlackenabzugskanal 5 kommt die wichtige Bedeutung zu, die aus dem Eisenbad des Eisenbadreaktors in der Schlacke mitgeführten Eisenteile, die sich hauptsächlich in feinverteilten Tröpfchen dort befinden, Gelegenheit zur möglichst vollkommenen Abscheidung zu geben. Die möglichst vollständige Abscheidung der Eisenanteile in der Schlacke, bevor die Schlacke in den Entschwefelungsraum 7 gelangt, ist deshalb so wichtig, da Metallanteile in der Schlacke die Entschwefelung negativ beeinflussen. Hauptsächlich beeinträchtigen Metallanteile die Entschwefelung der Schlacke in r> Relation zum zugeführten Sauerstoff und machen damit eine Kontrolle der Schlackenentschwefelung nahezu unmöglich. Ebenfalls läßt sich die Temperatur im Entschwefelungsraum 7 durch eine eventuelle Wärmezufuhr über die Metallverbrennung nicht in den
in gewünschten Grenzen steuern. Die Größe des Beruhigungsraums 6 ist so auszulegen, daß ausreichende Verweilzeiten der Schlacke in diesem Raum gewährleistet sind, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit der Schlacke muß sich im Beruhigungsraum 6 deutlich
ι ■> gegenüber ihrer Strömungsgeschwindigkeit im Schlakkenabzugskanal 5 verringern. Bei schneller Führung des Kohlevergasungsverfahrens und demzufolge hohem Schlackenumsatz ist der Beruhigungsraum 6 größer auszulegen als bei relativ langsamer Kohlevergasung.
Normalerweise ist zwischen Schlackenabzugskanal 5 und Beruhigungsraum 6 ein Verhältnis der freien Strömungsquerschnitte von mindestens 1:10 einzuhalten.
Im Entschwefelungsraum 7 werden über eine im
2■> Boden angebrachte Düse 9 Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase eingeleitet und eine Oxidation der Schlacke hervorgerufen, die zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Schwefellöslichkeit und Oxidation des Schwefels führt, der dann als Schwefeldioxid aus
in dem System entfernt wird.
Über einen Gaslift 10, der beispielsweise mit Stickstoff gespeist wird, leitet man die Schlacke über einen in F i g. 2 dargestellten Schlackenrückströmkanal 11 zum Eisenbadreaktor 1 zurück.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Gasliftes 10 ist die für die Schlackenentschwefelung erforderliche Düse 9 so im Bodenmauerwerk des Entschwefelungsgefäßes 7 angeordnet, daß sie die Aufgabe des Gasliftes mit erfüllt und den gesondert eingebauten Gaslift 10 überflüssig macht
In F i g. 2 ist außerdem der im Schlackenrückströmkanal 11 angebrachte Überlauf 12 erkennbar, durch den kontinuierlich ein Teil der Schlacke aus dem Kreislauf abgezogen wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, dessen Eisenbad mit einer schwefelaufnehmenden Schlacke bedeckt ist, wobei die Kohle in das Eisenbad eingeführt und mit gleichzeitig eingeführten sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln vergast wird, ein Teil der schwefelhaltigen Schlacke kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entschwefelt und in den Eisenbadreaktor zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in flüssigem Zustand in ein Entschwefelungsgefäß überführt wird, in dem sie durch Einführen von sauerstoffhaltigen Gasen unterhalb der Oberfläche in flüssigem Zustand entschwefelt und in flüssigem Zustand in den Eisenbadreaktor zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelung mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelung der Schlacke mit, gegebenenfalls vorgeheizter, Luft ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schlacke ständig zwischen 1350 und 14500C gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelgehalt der Schlacke im Eisenbadreaktor deutlich unter dem Sättigungswert, insbesondere zwischen 1 und 3%, vorzugsweise bei 1 %, gehalten wird.
6. Vorrichtung zum Vergasen von schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Eisenbadreaktor (1) ein Entschwefelungsraum (7) über einen Schlackenabzugskanal (5), der unterhalb des Schlakkenbadspiegels verläuft und der zu einem Beruhigungsraum (6) verbreitert ist; und über einen Schlackenrückströmkanal (11) mit Überlauf (12) in Verbindung steht; und daß der Entschwefelungsraum (7) Düsen (9) zur Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases unterhalb der Schlackenoberfläche aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entschwefelungsraum (7) und Schlackenrückströmkanal (11) ein Gaslift (10) angeordnet ist.
DE2520584A 1975-05-09 1975-05-09 Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen schwefelhaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor Expired DE2520584C3 (de)

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