NL8203909A

NL8203909A - METHOD AND APPARATUS FOR GASIFICATION OF CARBON-CONTAINING MATERIAL

Info

Publication number: NL8203909A
Application number: NL8203909A
Authority: NL
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1983-10-03
Also published as: IT1153274B; FI823440A7; PH18531A; KR840002023A; SE8201263L; FI823440A0; ES516495A0; NZ202333A; ZA827876B; BE894675A; MX161612A; PL239081A1; PL135926B1; AU546482B2; KR880000353B1; IT8223851A0; NO158066C; FI823440L; NO823341L; FR2522333B1

Description

... * f m Λ... * f m Λ

Werkwijze en inrichting voor het vergassen van koolstof-houdend materiaal.Method and device for gasifying carbonaceous material.

De uitvinding heeft "betrekking op een werkwijze en op een inrichting voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal tot een gasmengsel dat in hoofdzaak bestaat uit een CO en Hg en hij voorkeur een totaal gehalte heeft aan COg en 5 Hg van minder dan 12 %.The invention relates to a method and an apparatus for gasifying carbonaceous material into a gas mixture consisting essentially of a CO and Hg and preferably having a total COg and 5 Hg content of less than 12%.

Het is reeds lang bekend om koolstof te vergassen in schachtovens en retorten en ook om een partiele vergassing uit te voeren tezamen met een verkooksing. Het nadeel van de bekende methodsais tendele dat het Ónmogelijk is om de 10 verhouding tussen CO en Hg in het gevormde gas te regelen, maar,It has long been known to gasify carbon in shaft furnaces and retorts and also to perform partial gasification along with a coking process. The drawback of the known methods partly that it is impossible to control the ratio of CO and Hg in the gas formed, but,

Vooral, dat het gas ook een aantal ongewenste stoffen bevat zoals koolwaterstoffen, alkoholen, fenolen en teer. Deze laatste worden in hoofdzaak verkregen omdat de vergassing plaatsvindt bij lage temperatuur, dat wil zeggen bij temperaturen lager dan 15 1Q00°C en onder re-ducerende omstandigheden.Especially, that the gas also contains a number of undesirable substances such as hydrocarbons, alcohols, phenols and tar. The latter are mainly obtained because the gasification takes place at a low temperature, that is to say at temperatures below 150 ° C and under reducing conditions.

Om deze bezwaren weg te nemen, zijn er andere werkwijzen ontwikkeld waarbij de vergassing plaatsvindt bij hoge temperatuur en onder oxyderende omstandigheden, bijvoorbeeld de Koppers-Totzek-werkwijze. Deze werkwijze heeft echter 20 het bezwaar dat, tengevolge van het thermodynamisehe evenwicht, het HgO-gehalte betrekkelijk hoog wordt, wat betekent, dat om het gas te kunnen gebruiken voor de reductie van ijzererts, het op deze wijze bereide gas bijvoorbeeld eerst moet worden gekoeld, gewassen en dan opnieuw moet worden verwarmd. Voorts 25 zijn de mogelijkheden om de verhouding tussen CO en H^ in het gasmengsel dat de vergasser verlaat te beïnvloeden, bij deze werkwijze uitermate gering.To overcome these drawbacks, other methods have been developed in which the gasification takes place at high temperature and under oxidizing conditions, for example the Koppers-Totzek method. However, this method has the drawback that, due to the thermodynamic equilibrium, the HgO content becomes relatively high, which means that in order to use the gas for the reduction of iron ore, the gas prepared in this way must first be cooled, for example. , washed and then reheated. Furthermore, the possibilities to influence the ratio between CO and H 2 in the gas mixture leaving the gasifier are extremely small in this method.

Het is nu verrassenderwijze mogelijk gebleken om de bezwaren en moeilijkheden van de bekende werkwijzen te 30 vermijden door meel van de werkwijze volgens de uitvinding, die in hoofdzaak wordt gekenmerkt doordat koolstofhoudend materiaal in de vorm van brokken aan een reactor, bij voorkeur een schacht- 8203909It has now surprisingly been found possible to avoid the drawbacks and difficulties of the known processes by flour of the process according to the invention, which is mainly characterized in that carbonaceous material in the form of chunks on a reactor, preferably a shaft 8203909

V VV V

-\ 2 oven, van bovenaf -wordt toegevoerd via een insluissysteem tot een vooraf bepaald vulniveau, dat het gas dat wordt gevormd wordt afgevoerd uit de schacht op een niveau beneden het bovenoppervlak van het koolstofhoudende materiaal en dat oxydatie-5 middel en/of thermische energie worden toegevoerd, zowel boven het oppervlak van het koolstofhoudende materiaal als op een lager niveau in de schacht, beneden het niveau van de gasuitlaat. Bij de uitvinding vindt de vergassing plaats bij hoge temperatuur en onder oxyderende omstandigheden en 10 tegelijkertijd passeert het oorspronkelijk gevormde gas een heet bed van cokes of een cokesachtig materiaal, waar het H^O-gehalte van dat gas reageert met koolstof onder vorming van Hg en CO . Voorts maakt de werkwijze volgens de uitvinding het mogelijk om de CO/Hg-verhouding te regelen, omdat thermische 15 energie kan worden toegevoerd via piasmagenerators, zodat de verhouding tussen HgO, COg en Hg in het oxyderende gas binnen wijde grenzen kan worden gevarieerd.- \ 2 furnace, supplied from above through a containment system to a predetermined fill level, that the gas that is formed is discharged from the shaft at a level below the top surface of the carbonaceous material and that oxidizing agent and / or thermal energy is supplied both above the surface of the carbonaceous material and at a lower level in the shaft, below the level of the gas outlet. In the present invention, gasification takes place at high temperature and under oxidizing conditions, and at the same time, the originally formed gas passes through a hot bed of coke or a coke-like material, where the H 2 O content of that gas reacts with carbon to form Hg and CO. Furthermore, the method according to the invention makes it possible to control the CO / Hg ratio, because thermal energy can be supplied via piasma generators, so that the ratio between HgO, COg and Hg in the oxidizing gas can be varied within wide limits.

Andere kenmerken van de uitvinding alsmede de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze worden geopen-20 baard in de bijgaande volgconclusies, waarvan de inhoud geacht wordt deel uit te maken van de beschrijving.Other features of the invention as well as the apparatus for carrying out the method are disclosed in the accompanying subclaims, the content of which is understood to form part of the description.

De uitvinding wordt nu nader beschreven aan · de hand van twee uitvoeringsvormen die zijn weergegeven in de tekening.The invention will now be described in more detail with reference to two embodiments shown in the drawing.

25 Figuur 1 geeft een basisschema van een inrich ting volgens de uitvinding en figuur 2 geeft een andere uitvoering weer van het onderste deel van de reactor van de inrichting die is weergegeven in figuur 1.Figure 1 shows a basic diagram of a device according to the invention and Figure 2 shows another embodiment of the bottom part of the reactor of the device shown in Figure 1.

30 De inrichting die is weergegeven in figuur 1 en de alternatieve inrichting volgens figuur 2 bestaat uit een schachtoven 1, die bij de bodem is voorzien van tuyeres 2 en van piasmagenerators 3, die bij voorkeur symmetrisch rondom de schacht zijn geplaatst. Deze tuyeres.·zijn voorzien van 35 voedingsorganen voor oxydatiemiddel, bijvoorbeeld zuurstof, 8203909 3 H^O of CC>2 en eventueel voor poedervormig ko olst o fhoudend materiaal. Op een hoger niveau is de schacht 1 voorzien van een ringvormige trammel h met gasuitlaten 5 voor het afvoeren van in de schacht gevormd gas. Bovenaan de schacht 1 bevindt zich 5 een gasdicht insluissysteem 6 voor de toevoer van koolstof- houdend materiaal in de vorm van brokken en ook een tuyere die kan zijn verbonden met een piasmagenerator, 7, en invoerlansen 8, 9 voor oxydatiemiddel. Toervoerorganen 11', 12 voor het toevoeren van extra oxydatiemiddel als dat nodig is, monden uit 10 in de schacht op het niveau tussen het bovenste oppervlak 10 van,het in de schacht aanwezige vaste materiaal en de ringvormige trommel Λ. Om het mogelijk te maken dat de werkwijze wordt uitgevoerd met een vloeibare slak of vaste as, is het bodemgedeelte van de schacht 1 voorzien van hetzij een aftapkanaal 13 (figuur 15 1) voor slakken of van een roteerbare afvoertafel 1^ (figuur 2).The device shown in figure 1 and the alternative device according to figure 2 consists of a shaft furnace 1, which is provided at the bottom with tuyeres 2 and with piasma generators 3, which are preferably placed symmetrically around the shaft. These tuyeres are provided with feeders for oxidizing agent, for example oxygen, 8203909 3 HO or CC> 2 and optionally for powdery carbonaceous material. At a higher level, the shaft 1 is provided with an annular tramcar h with gas outlets 5 for discharging gas formed in the shaft. At the top of the shaft 1 there is a gas-tight containment system 6 for the supply of carbonaceous material in the form of chunks and also a tuyere which can be connected to a piasma generator, 7, and input lances 8, 9 for oxidizing agent. Supply feeders 11 ', 12 for supplying additional oxidizing agent as needed, open 10 into the shaft at the level between the top surface 10 of the solid material contained in the shaft and the annular drum Λ. To enable the method to be carried out with a liquid slag or solid shaft, the bottom portion of the shaft 1 is provided with either a draining channel 13 (Figure 15 1) for slag or a rotatable discharge table 1 (Figure 2).

De in de tekeningen weergegeven inrichting werkt als volgt: om de gewenste vergassing te verkrijgen, wordt het koolstofhoudende materiaal in de vorm van brokken in de 20 schacht 1 ingevoerd, eventueel tezamen met een bindmiddel voor zwavel zoals dolomiet, via het insluissysteem 6 en wel tot een bepaald niveau. Thermische energie wordt toegevoerd door middel van één of meer piasmagenerators 3 respectievelijk 7» gelijktijdig met de toevoer van oxydatiemiddel bijvoorbeeld Og, 25 C02 of H20 dat wordt toegevoerd via toevoerorganen 2, respec tievelijk 8, 9. Het koolstofhoudende materiaal in de vorm van brokken, dat kan bestaan uit kolen, cokes, ligniet, houtskool of gedeeltelijk verkoold hout, enz. wordt zo onder oxyderende omstandigheden blootgesteld aan een hoge temperatuur, waarna de 30 vluchtige bestanddelen vrijkomen en reageren met het oxydatie- middel onder vorming van in hoofdzaak CO en Hg, terwijl het niet-vluchtige deel wordt verkookst en een vast cokes-achtig produkt in de vorm van brokken vormt. Het is belangrijk dat een overmaat oxydatiemiddel wordt toegevoerd om te voorkomen dat 35 roet wordt gevormd. Oxydatiemiddel dat niet met de vluchtige be- 8203909 i+ standdelen van het koolstofhoudende materiaal gereageerd heeft zal lager in de schacht 1 reageren met de gevormde cokes, onder vorming van meer CO en eventueel HgO. De in het bovenste gedeelte van de schacht, hoven het niveau van de ringvormige trommel 5 gevormde produkten zijn dus soortgelijke produkten als cokes die door de schacht omlaag blijven zakken en een gasvormig produkb dat in de eerste plaats bestaat uit CO en Hg dat de schacht 1 verlaat via de ringvormige trommel U. De temperatuur aan het oppervlak van het korrelige materiaal in de schacht kan vel ca 10 2000°C vorden, terwijl het gas dat de schacht via de ringvormige trommel h verlaat een maximum temperatuur heeft van 1500°C.The apparatus shown in the drawings works as follows: in order to obtain the desired gasification, the carbonaceous material in the form of chunks is introduced into the shaft 1, optionally together with a binder for sulfur such as dolomite, via the containment system 6, up to a certain level. Thermal energy is supplied by means of one or more piasma generators 3 and 7, respectively, simultaneously with the supply of oxidizing agent, for example, Og, CO2 or H 2 O, which is supplied via supply members 2 and 8, 9 respectively. The carbonaceous material in the form of chunks, which may consist of coal, coke, lignite, charcoal or partially charred wood, etc. is thus exposed to a high temperature under oxidizing conditions, after which the volatiles are released and react with the oxidizing agent to form mainly CO and Hg while the non-volatile part is coked and forms a solid coke-like product in the form of chunks. It is important that an excess of oxidizing agent is supplied to prevent carbon black from forming. Oxidizing agent which has not reacted with the volatile components of the carbonaceous material will react lower in the shaft 1 with the coke formed, producing more CO and possibly HgO. The products formed in the upper part of the shaft, above the level of the annular drum 5, are thus similar products to coke which continues to sink down through the shaft and a gaseous product consisting primarily of CO and Hg containing the shaft exits via the annular drum U. The temperature at the surface of the granular material in the shaft can be approximately 2000 ° C, while the gas exiting the shaft via the annular drum h has a maximum temperature of 1500 ° C.

Het is ook mogelijk om de noodzakelijke thermische energie toe te voeren door partiele verbranding van het koolstofhoudende materiaal met zuurstof, in plaats van door toepassing van een 15 piasmagenerator. Een aantal tuyeres 2 zijn rondom het onderste gedeelte van de schacht 1 geplaatst velke tuyeres zijn voorzien van hetzij piasmagenerators of toevoerorganen voor zuurstof en toevoerorganen voor oxydatiemiddel en eventueel poedervormig koolstofmateriaal. Op dit niveau vorden zovel het cokesachtige 20 materiaal· 4at door de schacht omlaag zakt of valt en eventueel poedervormig koolstofhoudènd'materiaal dat vordt ingeblazen, volledig vergast. Eventuele COg en HgO die de reactiezone verlaten net voor de tuyere zullen verderop in de schacht reageren met de brokken materiaal terwijl deze omlaag bewegen, onder vor-25 ming van in hoofdzaak CQg en Hg. Het gevormde gas, dat in hoofd zaak bestaat uit CO en Hg, zal de schacht verlaten via de ringvormige trommel U.It is also possible to supply the necessary thermal energy by partial combustion of the carbonaceous material with oxygen, instead of using a piasma generator. A number of tuyeres 2 are placed around the bottom portion of the shaft 1, and many tuyeres are provided with either piasma generators or oxygen feeders and oxidant feeders and optionally powdered carbon material. At this level, so much the coke-like material drops or falls through the shaft and any powdered carbonaceous material that is blown in is completely gasified. Any COg and HgO leaving the reaction zone just before the tuyere will react further down the shaft with the chunks of material as they move down, producing mainly CQg and Hg. The gas formed, which mainly consists of CO and Hg, will leave the shaft via the annular drum U.

Het kan aanbeveling verdienen om op dit niveau slakkenvormers toe te voeren, via de materiaallansen 2 en om 30 de viskositeit en het smeltpunt van de slak te regelen en/ofIt may be advisable to feed snail formers at this level, through the material lances 2 and to control the viscosity and melting point of the slag and / or

Ca en/of Mg bevattende stoffen voor het absorberen of binden van. zwavel, bijvoorbeeld dolomietpoeder, toe te voeren. Het is ook mogelijk de toevoer van warmte via plasmabranders op dit niveau te vervangen door partiele verbranding van het koolstofhoudende 35 materiaal door middel van zuurstof.Ca and / or Mg containing substances for absorbing or binding. sulfur, for example dolomite powder. It is also possible to replace the supply of heat via plasma burners at this level by partial combustion of the carbonaceous material by means of oxygen.

8203909 * * 58203909 * * 5

Als een vloeibare slak gewenst, wordt, moet de temperatuur in de reactiezone voor de tuyeres 2 in het onderste gedeelte van de schacht boven 1600°C worden gehouden. Als de inrichting Werkt met as in vaste vorm, moet die temperatuur 5 beneden 1400°C worden gehouden.If a liquid slag is desired, the temperature in the reaction zone for the tuyeres 2 in the lower part of the shaft must be kept above 1600 ° C. When the device is operating with solid ash, that temperature should be kept below 1400 ° C.

De hier beschreven werkwijze voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal biedt grote mogelijkheden voor het regelen van de H^/CO-verhouding in het gevormde gas, tendele omdat de verhouding CO/HgO in het oxydatiemiddel kan 10 worden geregeld en tendele door de warmtetoevoer te verdelen tus sen partiele verbranding en warmtetoevoer via piasmagenerators.The process described here for the gasification of carbonaceous material offers great possibilities for controlling the H 2 / CO ratio in the formed gas, partly because the ratio CO / HgO in the oxidizing agent can be controlled and partly by distributing the heat supply between partial combustion and heat supply via piasma generators.

De uitvinding is echter niet beperkt tot de in de tekeningen weergegeven en hiervoor beschreven uitvoeringsvorm, maar kan op velerlei wijzen worden gevarieerd zonder buiten 15 het kader van de, in de volgende conclusies omschreven uitvin ding te komen.However, the invention is not limited to the embodiment shown in the drawings and described above, but can be varied in many ways without departing from the scope of the invention described in the following claims.

82039098203909

Claims

A method for gasifying carbonaceous material into a gas mixture consisting mainly of CO and Hg, characterized in that carbonaceous material in the form of chunks is fed to a reactor, preferably a shaft furnace, from above supplied via a containment system to a predetermined fill level, that the gas that is formed is discharged from the shaft at a level below the top surface of the carbonaceous material and that oxidizing agent 10 and / or thermal energy are supplied both above the surface of the carbonaceous material as at a lower level in the shaft, below the level of the gas outlet.

2. Process according to claim 1, characterized in that the gas formed is discharged from the shaft at a level which is more than 50 cm below the level to which the reactor is filled with the carbonaceous material.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidizing agent and / or the thermal energy is supplied to the shaft at a level which is approximately 100 cm lower than the level at which the gas is discharged. h. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that HgO, CO2 and / or oxygen-containing gas are used as oxidizing agent.

5- A method according to any one of the preceding claims, characterized in that thermal energy is supplied by a gas forced to flow through a piasma generator.

6. A method according to any one of claims 1. i +, characterized in that thermal energy is supplied by partial combustion of the carbonaceous material.

7. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the oxidizing agent is supplied to the top surface of the carbonaceous material in an amount such that it corresponds at least to a partial oxidation of the volatile components of the carbonaceous material 8203909.

8. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the amounts of HgO, oxygen-containing gas and / or CO 2 in the oxidizing gas are regulated in such a way that the desired H 2 / CO ratio is formed in the gas formed. is reached.

9. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that powdered carbonaceous material is injected into the shaft at the bottom level, together with oxidant and thermal energy.

10. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that material in the form of chunks containing Ca and / or Mg is supplied together with the carbonaceous material in the form of chunks to bind sulfur.

11. A method according to any one of claims 1 to 9, wherein powdered material containing Ca and / or Mg is supplied together with the powdered carbonaceous material to bind sulfur.

12. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the feedstock energy is controlled such that the ash content of the carbonaceous material forms a liquid slag which is drawn off at the bottom of the shaft.

A method according to claim 12, characterized in that slag formers are added to the carbonaceous material to control the melting point and viscosity of the slag. 1 ^. Process according to claim 12 or 13, 30, characterized in that slag formers are added to the carbonaceous material to control the composition of the slag so that a suitable raw product for the preparation of cement is obtained.

15. Process according to claim 12-135, characterized in that the liquid slag is granulated and 8203909 r V is rapidly cooled with water when it is drained.

16. A method according to any one of claims 1-11, characterized in that the supply of thermal energy is controlled such that the ash content of the carbonaceous material remains in the solid phase and is discharged as a solid by-product from the lower part. from the shaft.

17. A method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the carbonaceous material consists wholly or partly of coal, coke, pressed coke, wood, partially charred wood, charcoal, lignite or peat.

A method according to any one of claims 1 - 1Ts, characterized in that the gasification takes place under a higher pressure than the atmospheric pressure.

19. Device for gasifying carbonaceous material into a gas mixture consisting essentially of CO and Hg, in which the method according to the preceding claims can be carried out, characterized by a reactor (1) in the form of a shaft furnace, with a containment system. (6) at the top end making carbonaceous. material in the form of chunks can be fed without gas escaping along that side, up to a predetermined fill level in the shaft, by slag extraction means (13, 1½) arranged at the bottom of the shaft (1) and by an annular drum (1+) provided with a gas outlet (5) for the formed gas, said annular drum being placed at a level below the predetermined level to which the furnace is filled with the solid material.

20. Device according to claim 19, characterized by means for supplying thermal energy and / or oxy dating agent arranged below the gas outlet (5) and / or above the top surface (the maximum level) of the solid material in the oven .

Device according to claim 19 or 20, characterized by piasma generators (3, 7) for supplying thermal energy. 8203909 * r- - "^

Device according to any one of claims 19 to 21, characterized in that the slag extraction members consist of a rotatable discharge table (1¼).

23. Method and device, mainly as described in the description and / or as shown in the drawing. 8203909