• 专利附录
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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1980000443A1
    申请号:PCT/DE1979/000091
    申请日:1979-08-21
    公开日:1980-03-20
    发明作者:R Fischer；W Jaeger
    申请人:Ght Hochtemperaturreak Tech；R Fischer；W Jaeger；
    IPC主号:C10J3-00
    专利说明:
    [0001] Anlage zur Kohlevergasung mit hydrierendem und Wasserdampfvergaser
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Methan mit den im Oberbegriff des 1. Anspruchs genannten Merkmalen.
    [0003] Mehrstufige Kohlevergasungsverfahren sind bekannt, z. B. aus L. J. Anastasia, W. G. Blair: "Clean Fuels from Coal", Symposium II Paper, IGT Chicago 1975, S. 1 7 1 - 193 (sog. Hygas-Verfahren) und aus R. F. Detman: "Stand des OCR/AGA Kohlevergasungs- programmes" in Gas Wärme International 23 (1974) S. 301 - 303 (sog. Bigas-Verfahren) . Die Kohle wird in einer ersten Stufe hydrierend vergast, wobei die durch den exothermen Prozeß der Methanisierung freigesetzte Wärme genutzt wird und der dazu erforderliche Wasserstoff in einer zweiten Stufe durch Wasserdampfvergasung erzeugt wird; ein endothermer Vorgang, der durch Verbrennung eines Teils des eingebrachten Kohlenstoffs in Gang gehalten wird. 28.08.1978 We/Fe Wird der hydrierende Vergaser nur mit dem Produktgas des Wasserdampfvergasers beschickt, ist der Vergasungsgrad in ersterem wegen des verhältnismäßig geringen Wasserstoffpartialdruckes in diesem Gas nur gering. Der kohlenstoffreiche Restkoks kann auch in einem nachgeschalteten Wasserdampfvergaser nicht restlos genutzt werden, erst recht nicht wenn, wie bisher vorgeschlagen, die Wasserdampfvergasung nur in einer Stufe erfolgt. Eine Vergasung in einem Festbett macht darüber hinaus auch ein Abkühlen und Brikettieren des Restkokses notwendig, was zu unerwünschten Wärmeverlusten führt.
    [0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine verbessert Anlage zur Kohlevergasung, in der der in der Rohkohle enthaltene Kohlenstoff möglichst vollständig genutzt wird. Ferner solche Ausgestaltungen der Erfindung, die die zur Aufrechterhaltung des Prozesses erforderliche Wärme möglichst unter Verzicht auf Verbrennung der Kohle erzeugen.
    [0005] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage mit dem im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs genannten Merkmal vorgeschlagen. Dadurch, daß dem Produktgas des Wasserdampfvergasers der Wasserstoff aus der Gaszerlegung beigemischt wird, steigt der Wasserstoffpartialdruck im hydrierenden Vergaser so weit an, daß bereits hier ein guter Vergasungsgrad erreicht wird. Die direkte Weiterleitung des heißen Restkokses in den Wasserdampfvergaser erspart Wärmeverluste. Das Problem einer nutzbringenden Verwertung des Restkokses aus dem Wasserdampfvergaser entfällt, da die eingebrachte Kohl bis auf einen mehr oder weniger geringen Aschenrückstand vollständig vergast ist. Die einzelnen chemischen Reaktionen, die im Wasserdampfvergaser vor sich gehen, werden zweckmäßigerweise auf getrennte Wirbelstufen verlegt, wie im 2. Anspruch vorgeschlagen. Die Anzahl der Stufen richtet sich dabei nach der Reaktionsfähigkeit der eingebrachten Rohkohle (für Braunkohle weniger, für Steinkohle dagegen mehr) .
    [0006] Die erforderliche Wärmezufuhr an den Wasserdampfvergaser kann auf die im 3. Anspruch vorgeschlagene konventionelle Art erfolgen.
    [0007] Es ist aber auch die im 4. Anspruch vorgeschlagene Alternativlösung möglich; im Wasserdampfvergaser sind beispielsweise Heizschlangen angebracht, in denen ein Heizfluid zirkuliert.
    [0008] Wenn, wie z. B. in Deutschland, die Rohkohle verhältnismäßig kostspielig ist, kann die im 5. Anspruch genannte Lösung vorteilhaft sein, in der die nötige Wärme beispielsweise durch einen Hochtemperaturreaktor bereitgestellt wird, dessen Kühlgas den Wasserdampfvergaser aufheizt.; der eingebrachte Kohlenstoff fällt dann zu einem höheren Anteil in Form des gewünschten Methans an.
    [0009] Wenn das aus dem hydrierenden Vergaser austretende Gasgemisch ohnehin, z. B.zum Zwecke der Reinigung, abgekühlt werden soll, kann es auch entsprechend der im 6. Anspruch vorgeschlagenen Lösung zur Beheizung des WasserdampfVergasers herangezogen werden. Die im 7. und 8. Anspruch vorgeschlagenen Lösungen sind Alternativen zur Lösung der dann auftretenden Ungleichgewichte in der Material-- und/oder Wärmebilanz der Anlage. Der größte Teil des Wärmeinhalts des dem Wasserdampfvergaser zuzuführenden Dampfes wird von der Verdampfungswärme des Wassers gebildet. Bei Berücksichtigung der oben zum 5. Anspruch gemachten Annahmen ist es dann vorteilhaft, die Dampferzeugung ebenfalls nuklear zu betreiben, wozu sich z. B. auch ein Leichtwasserreaktor eignet.
    [0010] Zwei beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, wobei beide Figuren in großen Teilen miteinander identische Schaltbilder der Anlage zeigen, die daher auch zusammen beschrieben werden.
    [0011] Die Rohkohle wird zunächst in einer vorbereitenden Stufe 1 behandelt, z. B. getrocknet, und dann einem hydrierenden Vergaser 3 zugeleitet, der mit einem Wasserdampfvergaser 4 eine bauliche Einheit 2 bildet. Das durch die Reaktion eines Teils des in der Kohle enthaltenen Kohlenstoffs mit dem (wie weiter unten näher beschrieben) zugeführten Wasserstoff
    [0012] C + 2 H2 = CH4
    [0013] gebildete Methan wird zusammen mit anderen Gasen in einem ersten Wärmetauscher 5 abgekühlt und dann auf der Primärseite eines Regenerativwärmetauschers 6 in eine Waschvorrichtung 7 geleitet, in der das Gas von Fest- stoffpartikeln, Teer usw. befreit wird, die schließlic über einen Abscheider 8 entfernt werden. Das Gas fließ dann über die Sekundärseite des Regenerativwärmetauschers 6 und unter Zusatz des anderweitig in der Anlag abgeschiedenen Kohlenmonoxyds in einen Konverter 9 , in dem dieses größtenteils entsprechend der Reaktion
    [0014] CO + H2O = H2 + CO2 umgewandelt wird. Nach erneuter Abkühlung in einem weiteren Wärmetauscher 10 und Entfernung von Kohlendioxyd und Schwefelwasserstoff in einer Reinigungsstufe 1 1 wird das Gas schließlich in einer weiteren Stufe, z. B. einer Tieftemperaturzerlegung 12 in seine Bestandteile Methan (das die Anlage als sog. SNG verläßt, um einem Verbraucher zugeführt zu werden) , Stickstoff (der in die Atmosphäre entweicht) , Kohlenmonoxyd (das zum Konverter 9 zurückgeführt wird) und schließlich Wasserstoff zerlegt, der wiederum in den hydrierenden Vergaser 3 zurückgeleitet wird und dort den Wasserstoffpartialdruck im Anströmgas soweit erhöht, daß bereits eine weitgehende Vergasung der Kohle (ca. 50 - 60 %) eintritt. Das restliche Anströmgas stammt aus dem Wasserdampfvergaser 4, in den der Restkoks aus dem hydrierenden Vergaser unmittelbar und ohne abzukühlen geleitet wird. Der Wasserdampf kann konventionell erzeugt sein oder aber auch (in Fig. 1 nur strichpunktiert angedeutet) aus einem Kernreaktor 13 stammen. In den verschiedenen (hier drei) hintereinandergesehalteten Stufen des Wasserdampfvergasers läuft zunächst (in Strömungsrichtung des Dampfes und des zugefügten Sauerstoffs gesehen) die stark exotherme Reaktion
    [0015] C + O2 = CO2
    [0016] ab, bei der ein Teil des Kohlenstoffs verbrannt wird und die die nötige Wärme für die endotherme Reaktion
    [0017] C + H2O = CO + H2
    [0018] liefert, in der der restliche Kohlenstoff umgesetzt wird, so daß über einen Austrag 15 nur noch Asche zu entfernen ist. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liefert der Kernreaktor 13 nicht nur den Dampf für die Wasserdampfvergasung, sondern auch ein heißes Fluid (z. B. das als Kühlmittel verwendete Helium) , das in Rohrschlangen 16 zirkuliert und so die einzelnen Wirbelschichtbetten des WasserdampfVergasers.4 beheizt. Auf eine Zufuhr von Sauerstoff kann dann verzichtet werden Die Rohrschlangen 16 können alternativ hierzu (strichpunktiert dargestellt) auch mit heißem Produktgas aus dem hydrierenden Vergaser 3 beheizt werden. Allerdings muß dann entweder erneut, wenn auch in geringerem Ausmaß Sauerstoff zugeführt werden, um wie oben durch Verbrennung eines Teils des Kohlenstoffs die erforderliche Wärme zu erzeugen, oder die Vergasung läuft bei niedrigeren Temperaturen ab und erzeugt weniger Wasser stoff. Ein Teil des erzeugten Methans muß dann in eine Spaltofen 17 unter Wärme- und Dampfzufuhr entsprechend der Reaktion
    [0019] CH4 + H2O = 3 H2 + CO
    [0020] gespalten werden und das so erzeugte Gasgemisch dem hydrierenden Vergaser zugeführt werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Anlage zur Vergasung von Kohle zu Methan mit einem hydrierenden Vergaser; einem Wasserdampfvergaser, in dem der Restkoks aus dem hydrierenden Vergaser vergast wird; einer Konvertierung zur Umwandlung des im Wasserdampfvergaser erzeugten Kohlenmonoxyds unter Zusatz von Wasserdampf und Kohlendioxyd; und einer Gaszerlegung zum Abscheiden von Methan, .Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, mit folgendem M e r k m a l ;
    a) dem hydrierenden Vergaser (3) wird Wasserstoff sowohl aus dem Wasserdampfvergaser (4) als auch der Gaszerlegung (12) zugeführt.
    2. Anlage nach Anspruch 1, mit folgenden M e r k m a l e n :
    a) Hydrierender Vergaser (3) und Wasserdampfvergaser (4) sind übereinander angeordnet; der Restkoks aus ersterem fließt unmittelbar in letzteren.
    b) Der Wasserdampfvergaser (4) weist mehrere hintereinander geschaltete Wirbelbettstufen auf.
    3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 , mit folgendem M e r k m a l :
    a) Der Wasserdampfvergaser (4) wird in an sich bekannter Weise durch Verbrennung eines Teils des Restkόkses mit gesondert zugeführtem Sauerstoff beheizt.
    4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, mit folgendem M e r k m a l :
    a) Der Wasserdampfvergaser (4) wird indirekt mittels eines heißen Fluids beheizt.
    5. Anlage nach Anspruch 4, mit folgendem M e r k m a l :
    a) Das heiße Fluid ist das Kühlfluid eines Kernreaktors (13) .
    6. Anlage nach Anspruch 4 , mit folgendem M e r k m a l :
    a) Das heiße Gas ist das Produktgas des hydrierenden Vergasers (3) .
    7. Anlage nach Anspruch 6, mit folgendem M e r k m a l :
    a) Die zum Ausgleich der Wärmebilanz bei ausgegli chener Materialbilanz der Anlage erforderliche Wärme wird durch Verbrennung eines Teils des Restkokses mit gesondert zugeführtem Sauerstoff erzeugt.
    8. Anlage nach Anspruch 6 , mit folgendem M e r k m a l :
    a) Der zum Ausgleich der Materialbilanz bei ausgeglichener Wärmebilanz der Anlage erforderliche Wasserstoff wird in einem Spaltofen (17) aus einem Teil des Methans erzeugt.
    9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, mit folgendem M e r k m a l :
    a) Der dem Wasserdampf vergaser (4) zugeführte Wasserdampf wird mit einem Kernreaktor (13) erzeugt.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1980-03-20| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1980-03-20| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT CH DE FR GB LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE2837906||1978-08-31||
    DE19782837906|DE2837906C2|1978-08-31|1978-08-31||AT79901101T| AT639T|1978-08-31|1979-08-21|Anlage zur kohlevergasung mit hydrierendem und wasserdampfvergaser.|
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