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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Vergasung
von Kohle oder dergleichen mit Wasserdampf, bei dem in ein Festbett aus glühender
Kohle Wasserdampf im Bereich der Aschezone des Festbettes eingeleitet wird und in
der oberhalb der Aschezone gelegenen Vergasungszone des Festbettes die mittels eines
zugeführten Katalysators beschleunigte Vergasungsreaktion des Kohlenstoffs mit dem
Wasserdampf stattfindet. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
eines derartigen Festbettvergasungsverfahrens. Mit Kohle sind nachstehend allgemein
kohlenstoffhaltige vergasungsfähige Materialien gemeint.
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Gegenüber der Wirbelbettvergasung, bei der pulverisierte Kohle in
eine Wirbelkammer eingeblasen wird und im Schwebezustand mit Wasserdampf zur Vergasungsreaktion
gebracht wird, hat die Festbettvergasung den Vorzug. daß die Kohle nicht mit einem
kostspieligen Aufbereitungsvorgang zu schwebefähigem Pulver oder Staub gemahlen
zu werden braucht. Um bei der katalytisch beschleunigten Festbettvergasung den Katalysator
fein und gleichmäßig verteilt mit der Kohle zu mischen, ist es bekannt, einen für
die Vergasungsreaktion geeigneten Katalysator in Form eines wasserdampflöslichen
Katalysatorsalzes, beispielsweise Kaliumcarbonat, in Wasserdampf zu lösen und dem
Kohlefestbett mit dem Hauptdampfstrom zuzuführen, der in das Festbett von unten
her eingeleitet wird durch einen Rost eines Vergasungsreaktors, auf dem das glühende
Kohlefestbett mit der Aschezone als unterste Fcstbettzone
ruht. Bei dieser Katalysatorzugabe
mit dem Wasserdampf am bzw. durch den Rost besteht aber das Risiko, daß es im Vergasungsreaktor
im tieferen Bereich des glühenden Festbettes, in dem höhere Temperaturen herrschen
als in der Festbettzone der endothermen Vergasungsreaktion, zu Verkrustungen und
Korrosionserscheinungen zum Beispiel am Rost und an den Dampfzuleitungen kommt,
insbesondere wenn über den Rost gleichzeitig mit dem katalysatorhaltigen Wasserdampfstrom
noch Luft beziehungsweise Sauerstoff in das Festbett eingeleitet wird, um durch
exotherme Reaktion in einer Verbrennungszone zwischen Aschezone und Vergasungszone
das Festbett unterhalb der Vergasungszone auf dauernde hohe Glut zu halten für eine
autotherme Beheizung der Vergasungszone. Nachteilig ist auch, daß das mit dem Dampfstrom
über den Rost beziehungsweise die Aschezone zugeführte wasserdampflösliche Katalysatorsalz.
bevor es in ausreichender und benötigter Menge in die Vergasungszone gelangt beziehungsweise
gelangen kann, teilweise schon wieder direkt mit der in fester oder flüssiger Form
abgezogenen Asche ausgetragen wird oder auch teilweise mit mineralischen Bestandteilen
der Kohle eine wasserdampfunlösliche Verbindung eingeht und dadurch für die Reaktionsbeschleunigung
in der Vergasungszone desaktiviert wird. Beide Erscheinungen führen zu einem erhöhten
und unwirtschaftlich hohen Bedarf an in Wasserdampf aufzulösendem und mit dem Hauptdampfstrom
über den Rost in das Festbett einzuführendem Katalysatorsalz.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die vorerwähnten Risiken
und Nachteile der bekannten katalytisch beschleunigten Festbettvergasungsmethode
und besteht darin. daß bei Zuführung von katalysatorfreiem Wasserdampf in den Aschezonenbereich
des Festbettes ein wasserdampflösliches Katalysatorsalz in einer Teilmenge des zuzuführenden
Wasserdampfes gelöst wird und diese Teilmenge direkt in die Vergasungszone des Festbettes
eingeführt wird. Aschezone und Verbrennungszone des glühenden Kohlefestbettes enthalten
also beim Durchströmen mit der für die Vergasungsreaktion vorgesehenen Wasserdampfmenge
und vorzugsweise gleichzeitiger Einführung von Sauerstoff für eine autotherme Wärmeerzeugung
für die Vergasungsreaktion in der Vergasungszone noch nicht den für die Vergasungsreaktion
vorgesehenen Katalysator. wodurch Verkrustungen und Hochtemperaturkorrosionen im
Bereich der Festbettglut unterhalb der eigentlichen Vergasungszone unterdrückt werden,
Der die Vergasungsreaktion beschleunigende Katalysator wird vielmehr mit der nur
als Trägermedium dienenden Dampfteilmenge erst dann der Kohle zugegeben und dabei
gezielt unmittelbar in die Vergasungszone verteilt.
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wenn die Verbrennungszone in die Vergasungszone übergeht und bei gegenüber
der Verbrennungszonentemperatur erniedrigte Vergasungszonentemperatur die Vergasungsreaktion
des Kohlenstoffs mit dem Wasserdampf einsetzt. Damit werden ferner Katalysatorverluste
vermieden, die eintreten, wenn beim Durchströmen von Aschezone und Verbrennungszone
mit katalysatorhaltigem Wasserdampf Katalysator schon in diesen Zonen festgehalten
und mit der Asche ausgetragen wird oder wenn der wasserlösliche oder wasserdampflösliche
Katalysator in eine wasser- beziehungsweise wasserdampfunlösliche Verbindung umgewandelt
wird und dadurch nicht mehr die Reaktionsbeschleunigung in der Vergasungszone bewirken
kann.
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Dem Kohlefestbett kann aber außerdem ein an sich
bekanntes
Mittel wie zum Beispiel Kalkstein zugegeben werden, um nach der Einführung des für
die Vergasungsreaktion angewendeten Katalysatorsalzes in die Vergasungszone die
Möglichkeit einer Desaktivierung durch Reaktion mit mineralischen Kohlebestandteilen
zu verhindern, ferner kann dem Kohlefestbett ein an sich bekanntes Mittel wie zum
Beispiel ein Eisensalz zugegeben werden, um bei der Vergasung von Kohlenstoff und
Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff eine gewünschte Methanisierungsreaktion
von Kohlenstoff und Wasserstoff zu Methangas zu fördern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur katalytischen Vergasung von
Kohle oder dergleichen mit Wasserdampf durch Festbettvergasung besteht darin, daß
ein Reaktorbehälter mit einer Rosteinrichtung zur Aufnahme eines Festbettes aus
glühender Kohle, der einen Anschluß für die Zufuhr von katalysatorfreiem Wasserdampf
in das Festbett an der Rosteinrichtung beziehungsweise im Bereich der Festbettaschezone
enthält, oberhalb der Rosteinrichtung mit einem zusätzlichen Anschluß zum direkten
Einleiten von Wasserdampf mit aufgelöstem wasserdampflöslichen Katalysatorsalz in
die Festbettvergasungszone ausgebildet ist. Ein Ausführungsbeispiel dieser erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch in einem vertikalen Längsschnitt dargestellt.
Die Vorrichtung besteht aus einem gebräuchlichen Reaktorbehälter 1 mit einer Kohleeinfüllöffnung
2, einem Gasaustritt 3, einer Rosteinrichtung 4 und einem Ascheauslaß 5. Im Bereich
der Rosteinrichtung 4 mündet ein Anschluß 6 in den Reaktorbehälter 1 ein, durch
den der für die Vergasungsreaktion bestimmte Wasserdampf und gegebenenfalls für
eine autotherme Wärmeerzeugung gleichzeitig auch Sauerstoff in das Kohlefestbett
von unten her eingeleitet wird. Auf der Rosteinrichtung entsteht dabei zunächst
eine Asche- und Verbrennungszone 7, in der durch die exotherme Reaktion des Kohlenstoffs
mit dem eingeleiteten Sauerstoff eine Temperatur bis etwa 1200"C entsteht und der
eingeleitete Wasserdampf zunächst für die Vergasungsreaktion mit dem Kohlenstoff
noch weiter erhitzt wird. Über der Asche- und Verbrennungszone 7 bildet sich eine
Vergasungszone 8 des Festbettes aus, in der die endotherme Vergasungsreaktion des
Wasserdampfs mit dem Kohlenstoff bei einer Temperatur in dieser Zone von etwa 600
bis 12000C eintritt.
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Je nach Art des eingefüllten Kohlenmaterials liegt über der Vergasungszone
8 noch eine Schwelzone 9 des Festbetts, in der bei Temperaturen bis etwa 600"C zum
Beispiel Teer oder Öle aus dem Kohlen material ausgetrieben werden.
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Oberhalb der Rosteinrichtung 4 enthält der Reaktorbehälter 1 einen
zusätzlichen Anschluß 10 zum Einleiten von Wasserdampf in das Festbett. Der Anschluß
10 führt zu einer im Reaktorbehälter 1 angeordneten Ringleitung 11, von der eine
Mehrzahl von Verteilrohren 12 in den Bereich des Behälterinnenraumes ausmündet,
über den sich die Vergasungszone 8 des Festbettes erstreckt beziehungsweise ausbildet.
Der durch den Anschluß 6 in das Festbett von unten her eingeleitete, für die Vergasungsreaktion
vorgesehene Wasserdampfstrom enthält noch keinen die Vergasungsreaktion beschleunigenden
Katalysator. Dieser Katalysator wird vielmehr in Form eines wasserdampflöslichen
Katalysatorsalzes in einer als Trägermedium dienenden Teildampfmenge gelöst und
mit dieser Teildampfmenge erst dem Vergasungsprozeß zugegeben, nämlich durch den
Anschluß 10 direkt in die Vergasungszone 8 des Festbettes eingeleitet. Dadurch kann
die gesamte Men-
ge an zugeführtem Katalysator die Vergasungsreaktion in der Vergasungszone
8 beschleunigen, ohne daß es, weil der durch den Anschluß 6 eingeleitete Wasserdampf
noch katalysatorfrei ist, in der Asche- und Verbrennungszone 7 zu katalytisch geförderten
Verkrustungen und Hochtemperaturkorrosionen kommt oder zu Verlusten an Vergasungskatalysator
durch desaktivierende Umwandlung in ein wasserunlösliches Katalysatorsalz und durch
Austrag bereits mit der Asche kommt. Wegen der druckabhängigen Löslichkeit des Katalysators,
beispielsweise von Kaliumkarbonat, in Wasserdampf wird der Katalysator in zunächst
überkritischem Dampf gelöst, der bei anschließender erforderlicher Drucksenkung
eine übersättigte Katalysator-Dampflösung ergibt, die jedoch so stabil ist, daß
der Katalysator vor dem Eintritt in den Reaktorbehälter nicht ausfällt.