Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid in einem mit Kohlenstoff gefüllten, wassergekühlten Generator mit kegelstumpfförmigem Längsschnitt durch Vergasung von Kohlenstoff mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Kohlendioxid.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid in einem mit Kohlenstoff gefüllten, wassergekühlten Generator mit kegelstumpfförmigem Längsschnitt durch Vergasung von Kohlenstoff mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Kohlendioxid.

[0002] Die Herstellung von Kohlenmonoxid aus Kohle und Sauerstoff ist ein seit langer Zeit bekanntes großtechnisch geübtes Verfahren. Die zumeist kegelstumpfförmigen Generatoren von zum Beispiel 4 m' Inhalt werden von oben über eine Schleuse mit Koks beschickt und über eine oder mehrere wassergekühlte Düsen am Boden des Generators mit Sauerstoff beaufschlagt. Um den die Düsen mit hoher Geschwindigkeit verlassenden Sauerstoffstrahl bildet sich in einer über 1.800°C heißen Brennzone bei Koksüberschuß die Hauptmenge Kohlenmonoxid, das am Kopf des Generators abgezogen wird. Die Reaktionswärme wird über den den Generator umhüllenden Kühlmantel zumeist an Kühlwasser abgegeben. Wie in der DE-OS 1950 517 beschrieben, ist auch eine Dampferzeugung möglich.

[0003] Nachteilig an dem geschilderten Verfahren ist zunächst, daß die aus der Koksverbrennung zurückbleibende Schlacke sich am Boden des Generators ansammelt. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der Düse(n) erheblich beeinträchtigt werden; ein Duchrbrennen führt zu Wassereintritten in den Generator und Wasserstoffanteilen im Produktionsgas, die die Weiterverarbeitung erheblich erschweren oder gar gefährden können. Weiterhin ist ein kontinuierlicher Schlackenabzug unmöglich.

[0004] Nachteilig ist ferner, daß die Volumenleistung eines herkömmlichen Generators wegen des stark exothermen Verlaufes der Umsetzung von Kohlenstoff mit Sauerstoff thermisch begrenzt ist. So wird zum Beispiel mit einem Generator von 4 m³ Inhalt bei Zufuhr von reinem Sauerstoff eine maximale CO-Produktion von 140 m³/h erreicht, was einer Volumenleistung von 35 m3 CO/h x m³ Generatorvolumen entspricht. Eine Verbesserung der Wärmezufuhr kann durch Einführung eines kühlbaren, kegelstumpfförmigen Hohlkernes erreicht werden, wie es in der DE_-OS 2046 172 beschrieben ist. Deutlich wirkungsvoller ist die Beimischung von Kohlendioxid zum eingespeisten Sauerstoff, da die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Kohlenstoff stark endotherm ist. Die Leistung eines Generators von 4 m³ Inhalt kann so bis zu einer Volumenleistung von 60 m³ CO/h x m³ Generatorvolumen gesteigert werden, wobei 0₂/C0₂-Verhältnisse von 2 : 1 im Mischgas möglich sind. Leistungsbegrenzend ist auch bei dieser Betriebsweise die Wärmeabfuhr im Bereich der Düse.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid zur Verfügung zu stellen, welches effektiver durchzuführen ist und die geschilderten Nachteile der bisher bekannten Verfahren nicht aufweist.

[0006] Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren gefunden, welches alle diese Anforderungen in besonders günstiger Weise erfüllt. Verläßt man nämlich die bisher ausschließlich gewählte Anordnung der Düse(n) am Boden des Generators und führt die Düsen mit einer Richtung nach unten am Generatormantel seitlich ein, so können die geschilderten Nachteile überwunden und eine erhebliche Steigerung der Volumenleistung des Generators unter optimaler Ausnutzung der Reaktionswärme der Kohlenstoff-Verbrennung erreicht werden.

[0007] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid in einem mit Kohlenstoff gefüllten, wassergekühlten Generator mit kegelstumpfförmigem Längsschnitt durch Vergasung von Kohlenstoff mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Kohlendioxid, wobei das Mischgas über eine oder mehrere am Generatormantel angeordnete, nach unten gerichtete kühlbare Düsen in den Generator eingeblasen und das gebildete Kohlenmonoxid entgegengesetzt seitlich und/ oder am Kopf des Generators abgezogen wird. Bevorzugt wird bei diesem Verfahren als Kohlenstoff Koks eingesetzt. Setzt man dem Koks Zuschlagstoffe zu, so ist ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Abzug der flüssigen Schlacke am Boden des Generators realisierbar.

[0008] Besonders effektiv kann das Verfahren durchgeführt werden, indem man ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Kohlendioxid im Mischgas von bis zu 1 : 1, vorzugsweise 0.83 bis 0,75, einstellt. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Nutzung der Reaktionswärme der Kohlenstoff-Verbrennung und einer weiteren Steigerung der Volumenleistung auf über 400 m³ CO/h x m³ Reaktionsvlumen.

[0009] Eine besonders vollständige Umsetzung zu Kohlenmonoxid kann dadurch erreicht werden, daß über eine oder mehrere oberhalb der Mischdüsen (0_2/CO_Z) zusätzlich angebrachte Düse(n) Sauerstoff eingeblasen wird.

[0010] Bei der Durchführung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, die Düsen mit einem Doppelmantel zur Kühlung auszustatten, der mit Wasser beaufschlagt wird. Ebenso ergibt ein seitlicher Produktionsgasabzug einen weiterer Vorteil, da er die thermische Belastung der mechanischen Einrichtungen zur Koksbeschickung am Kopf des Generators deutlich reduziert.

[0011] In der Fig. 1 wird schematisch ein Kohlenmonoxidgenerator dargestellt, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Es handelt sich hierbei lediglich um eine denkbare Ausführungsform eines solchen Kohlenmonoxidgenerators.

[0012] Durch eine Schleuse (1) wird dabei der Kohlenstoff (2) in den eigentlichen Generator (3) gebracht. Dieser ist mit einem Kühlwassersystem (4) umgeben und weist eine Mischgas (O₂/CO₂)-DÜse (5) sowie einen Produktgasabzug (6) auf. Die Schlacke (7) kann durch einen Schlackenabzug (8) am Boden des Generators entnommen werden. Ein Mannloch (9) dient der Wartung des Generators. Analog mit ähnlichen Vorteilen, läßt sich das geschilderte Verfahren auch auf andere Gas-Feststoff-Reaktionen übertragen. Beispiele dafür sind die Herstellung von Generatorgas

oder Wassergas

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert, ohne daß dies eine Einschränkung darstellen soll.

Beispiel:

[0014] Einem Kohlenmonoxidgenerator gemäß Fig. 1 von 4 m³ Inhalt werden über eine Schleuseneinrichtung am Kopf 780 kg/h Brechkoks zugeführt und ca. 13 kg/h Schlacke (mit Zuschlagstoff) am Boden abgezogen. Über Düsen im Generatormantel werden 438 Nm³/h Sauerstoff und 362 Nm³/h Kohlendioxid eingeblasen und über einen an der gegenüberliegenden Generatorseite angebrachten Stutzen 1.600 Nm³/h Kohlenmonoxid mit einer Reinheit von 98 % als Rohgas mit Flugasche abgezogen, das den nachfolgenden Gasreinigungsstufen zugeführt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid in einem mit Kohlenstoff gefüllten, wassergekühlten Generator mit kegelstumpfförmigem Längsschnitt durch Vergasung von Kohlenstoff mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas über eine oder mehrere am Generatormantel angeordnete, nach unten gerichtete kühlbare Düsen in den Generator eingeblasen und das gebildete Kohlenmonoxid entgegengesetzt seitlich und/oder am Kopf des Generators abgezogen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoff Koks eingesetzt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Koks Zuschlagstoffe beigemischt werden.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Kohlendioxid im Mischgas zu 1 : 1 zu, vorzugsweise 1,2 ₁ 1 bis 1,3 : 1, beträgt.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine oberhalb der Mischgasdüsen (O₂/CO₂) zusätzlich angebrachte Düse Sauerstoff eingeblasen wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen mit einem Doppelmantel zur Kühlung ausgerüstet sind, der mit Wasser beaufschlagt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen aus Kupfer sind.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unten am Generator die flüssige Schlacke diskontinuierlich abgezogen wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unten am Generator die flüssige Schlacke kontinuierlich abgezogen wird.

Zeichnung