Verfahren zur Reinigung des Rohgases aus einer Feststoffvergasung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines staubhaltigen Gases, das in einer Vergasungsreaktion aus festen kohlenstoffhaltigen Materialien durch Umsetzung mit einem Sauerstoff- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas bei erhöhter Temperatur hergestellt wird, wobei man ein Rohgas erhält, das überwiegend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht und der eigentliche Reinigungsschritt durch Zugabe eines festen Sorptionsmittels in den heißen Gasstrom unmittelbar nach der Herstellung erfolgt. Das so gereinigte erhaltene Gas ist ein Synthesegas und wird für chemische Synthesen, für die Wasserstoffgewinnung und für die Herstellung von Metallen aus Metallerzen durch das Direktreduktionsverfahren eingesetzt.

[0002] Die Herstellung des hierfür benötigten Rohgases erfolgt üblicherweise, bei einer Temperatur von 1200 bis 2500 ⁰ C in einem hierfür geeigneten Reaktor. Hierfür existieren mehrere Bauarten und Ausführungsformen. üblicherweise gibt man das feste kohlenstoffhaltige Material in ein Reaktionsgefäß, das mit Zuführungseinrichtungen für den Brennstoff und das sauerstoffhaltige Reaktionsgas ausgestattet ist. Bei der Vergasungsreaktion entstehen in einer chemischen Reaktion das Rohgas und feste Begleitstoffe, die je nach Zusammensetzung des Brennstoffes in der Regel aus Asche oder Schlacke bestehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Reaktionsgefäßes können das Rohgas und die festen Begleitstoffe den Reaktor durch getrennte Reaktionsführungen verlassen. Das erhaltene Rohgas führt dann noch geringere Mengen fester und verflüssigter Begleitstoffe mit sich.

[0003] Das Rohgas wird aus dem Reaktor ausgeführt und in einen Reaktionsraum geleitet, wo es zur Abführung der hohen inneren Energie mit kälterem Gas vermischt und heruntergekühlt wird. Dieser Prozess wird auch als Quenchprozess bezeichnet. Dies kann in verschiedener Art und Weise geschehen. üblich sind dabei Vorrichtungen, in denen das Rohgas in einen vom Reaktor abwärts oder aufwärts gerichteten Reaktionsraum, auch Quenchraum genannt, zum Vermischen mit dem kälteren Gas geleitet und mit dem Gas vermischt wird. Bei diesem Prozess verfestigen sich die darin enthaltenen verflüssigten Schlackepartikel und werden mit dem Rohgas in Form von Schlackepartikeln weitergeführt. Nach dem Quenchprozess wird das erhaltene Rohgas

BESTATIGUNGSKOPIE

weiter gereinigt, wobei der Reinigungsprozess je nach Anwendung des Synthesegases unterschiedlich geartet sein kann.

[0004] Bei der Herstellung von Synthesegas erhält man ein Gas, das im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, aber auch aus begleitenden Schadstoffen. Viele der Begleitstoffe besitzen basischen oder sauren Charakter und wirken korrosiv. Da die Schadstoffe für viele Zwecke der Weiterverwendung stören, müssen sie aus dem erhaltenen Rohgas entfernt werden. Bei der Herstellung von Chemikalien können die korrosiven Bestandteile Anlagenteile angreifen oder mit den Chemikalien reagieren, so dass die erwünschten Prozesse erschwert oder unterdrückt wer- den. Für viele Zwecke ist auch die Anwesenheit von schwefelhaltigen Fremdstoffen problematisch, weil diese unerwünschte chemische Reaktionen eingehen können. So ist beispielsweise bei der Herstellung von Eisen durch das Direktreduktionsverfahren ein Schwefelgehalt des Synthesegases von großem Nachteil, weil der Schwefel den Reduktionsprozess stört und sich im Roheisen Sulfide bilden oder zurückbleiben kön- nen.

[0005] Das aus dem Quenchraum ausgeführte Rohgas hat je nach Ausgangsstoff und Herstellungsprozess eine Temperatur von 600°C bis 1000 ⁰ C. Für viele Zwecke wird das Gas heruntergekühlt und gereinigt. Dies ist jedoch energieintensiv und mit hohen investiven und laufenden Kosten verbunden, insbesondere dann, wenn das Synthesegas für den anschließenden Verwendungszweck wieder aufgeheizt werden muss. Ein Beispiel ist die Herstellung von Eisen durch den Direktreduktionsprozess, bei dem ein Synthesegas, das überwiegend Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfasst, zur Herstellung von Roheisen durch Reduktion von Eisenerz eingesetzt wird. Für diesen Zweck muss das Synthesegas bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, um die Eisenerze wirksam zu reduzieren. Die Herstellung von Eisen durch den Direktreduktionsprozess wird häufig durchgeführt, da diese Herstellungsmethode auch den Betrieb kleiner Anlagen erlaubt, die so zu niedrigen Kosten produzieren können. Auch chemische Synthesen benötigen häufig ein heißes Synthesegas.

[0006] Bei der Verwendung von Synthesegas für die Reduktion von Metallerzen ist es notwendig, ein Synthesegas zur Verfügung zu stellen, das frei von Schwefelverbindungen und sauren Halogenverbindungen ist. Die DE 3101291 A1 beschreibt einen

Prozess zur Herstellung von Eisenerz durch den Direktreduktionsprozess. Feingemahlene Kohle wird in Gegenwart eines sauerstoffhaltigen Gases in einem Fliessbettver- gasungsreaktor zu einem reduzierenden Generatorgas umgesetzt, wobei die Kohle vor der Umsetzung mit einem festen Schwefelakzeptor versehen wird. Das so erzeugte heiße und weitgehend schwefelfreie Generatorgas wird als Reduktionsgas zur Erzeugung von Eisenschwamm aus Eisenerz in einem Direktreduktionsschachtofen eingesetzt. Durch Rückführung des gereinigten Gases aus dem Schachtofen kommt der Prozess im Wesentlichen ohne einen aufwendigen Kühlungs- und Erhitzungsschritt von Prozessgasen aus. Als Schwefelakzeptor wird beispielsweise Kalkstein verwendet, der in dem Reaktionsgefäß bei der Vergasungsreaktion mit den in der Kohle enthaltenen sauren Schwefelverbindungen reagiert.

[0007] Bei der Durchführung der Kohlevergasungsreaktion bei Temperaturen über 1200 ⁰ C besteht das Problem, dass sich Halogen- und Schwefelverbindungen zersetzen und mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid reagieren. Bei dieser Reaktion reagiert ein Großteil des Schwefels zu Schwefelwasserstoff (H ₂ S) und Carbonylsulfid (COS). Die Halogenverbindungen reagieren überwiegend zu den entsprechenden Halogenwasserstoffen. Zur Neutralisation dieser Stoffe wird der Reaktion üblicherweise Kalkstein zugegeben.

[0008] Die Zugabe von Kalkstein hat zur Folge, dass die Fliesstemperatur der meisten Schlacken deutlich abgesenkt wird. Die Fliesstemperatur von Schlacken in gewöhnlichen Vergasungsreaktionen kann bei 1200 °C oder darüber liegen. Durch die Zugabe von Kalkstein oder ähnlichen Mineralien sinkt die Fliesstemperatur auf Werte von 500 bis 600 ⁰ C ab. Dadurch erstarrt die Schlacke wesentlich später im Prozess und kann leichter ausgeschleust werden. Die Reinigung des verschlackenden Vergasers kann daher in erheblich verlängerten Intervallen durchgeführt werden. Bei dieser Verfahrensweise muss die Entstaubung des Rohgases vor der Zugabe des Sorptionsmittels und vor der Sinterung der Schlacke durchgeführt werden, um ein Zusetzen der Staubfilter zu vermeiden. Aus diesem Grund wird das erhaltene Rohgas üblicherweise zunächst auf 1000 bis 600 ⁰ C abgekühlt, dann entstaubt und in einem nachfolgenden Schritt von Schwefelverbindungen und Halogenen befreit.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kohlevergasungsprozess zur Verfügung zu stellen, der ohne eine Abkühlung des gequenchten Gases auskommt und trotzdem ein weitgehend von Nebenprodukten befreites Synthesegas liefert. Das hergestellte Synthesegas soll mit hoher Temperatur zur Verfügung gestellt werden können, ohne Gebrauch von weiteren Verfahrensschritten der Kühlung, der Reinigung und der erneuten Aufheizung machen zu müssen. Die Reinigung und Absorption von Schadstoffen im Rohgas soll einfach und ohne eine energieaufwendige Kühlung erfolgen. Das so hergestellte Synthesegas soll außerdem möglichst frei von Schwefelverbindungen sein.

[0010] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem aus dem Kohlevergasungsprozess erhaltene Rohgas nach dem Vergasungsprozess und während oder unmittelbar nach dem Prozess des Quenchens ein festes Absorptionsmittel für saure und schwefelhaltige Verunreinigungen zugegeben wird. Das Verfahren eignet sich insbesondere für ein Kohlevergasungsverfahren, bei dem das Rohgas und die Schlacke getrennt aus dem Vergasungsreaktionsgefäß ausgeführt werden, so dass das erhaltene Rohgas von vornherein nur wenig beigemischte feste oder verflüssigte Fremdbestandteile enthält. Bei dem zugegebenen Absorptionsmittel kann es sich um beliebige Feststoffe handeln, die zum Erhalt der gewünschten Wirkung bevorzugt basischer Natur sind. Um eine bessere chemische Absorption nichtsaurer schwefelhaltiger Gase aus dem erhaltenen Rohgas zu ermöglichen, können dem basischen Absorptionsmittel Metallsalze beigemischt sein, wobei insbesondere Eisenerze die gewünschte Wirkung entfalten.

[0011] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung und Reinigung eines Rohgases mit Synthesegascharakter, wobei • das Rohgas durch Vergasung eines festen kohlenstoffhaltigen Materials mit einem sauerstoffhaltigen oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas in einem hierfür geeigneten Reaktor hergestellt wird, wobei

• ein Rohgas entsteht, das bedingt durch die Zusammensetzung des

Brennstoffes saure oder basische oder schwefelhaltige oder halogenhalti- ge gasförmige Schadstoffe umfasst, und

• das Rohgas außerdem noch feste, asche- oder schlackehaltige Stoffe umfassen kann, wobei

• das Rohgas aus dem Vergasungsreaktor in einem abwärts- oder aufwärtsführenden Reaktionsraum geleitet wird, wo ein kälteres Gas oder ei- ne verdampfte Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit zugegeben wird, womit das Rohgas zur Abführung der hohen inneren Energie abreagieren kann, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass

• das staubhaltige Rohgas während oder nach der Zugabe des kälteren Gases oder der verdampften Flüssigkeit zur Reinigung mit einem festen Sorptionsmittel versetzt wird, das mit dem Rohgas in Gasströmungsrichtung mitgerissen und transportiert wird und mit den sauren oder basischen oder schwefelhaltigen oder halogenhaltigen Stoffen innerhalb kurzer Zeit reagiert und diese Stoffe in eine feste und gebundene Form überführt.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Sorptionsmittel gemeinsam mit dem Gas zur Kühlung zugegeben. Eine geeignete Zugabestelle hierfür ist der Raum unmittelbar hinter der Austrittsöffnung des Vergasungsreaktors. Die Zugabe geschieht vorteilhaft in Form eines Rauches, wobei Rauch ein heterogenes Gemisch von Feststoff und Gas bezeichnet. Der Rauch wird durch ein Gemisch von festem Sorptionsmittel und dem Gas oder dem Dampf zur Kühlung des Rohgases gebildet. Bei einer gemeinsamen Zuführung von Gas zur Kühlung und Sorptionsmittel wird der Rauch beispielhaft durch eine öffnung am Rand des Vergaseraustritts in den Gasstrom eingeleitet, wodurch der Rauch mit dem Rohgasstrom mitgerissen wird und das darin enthaltene Sorptionsmittel mit den in dem Rohgas enthaltenen Schadstoffen reagieren kann. Die Reaktion des Sorptionsmittels mit dem Dampf erfolgt in der Regel schnell. Durch Verwirbelung wird der Rauch in dem gesamten Gasstrom verteilt. Durch die Zugabe im Randbereich schirmt der kühle Rauch die umgebende Wand gegen die Strahlungswärme des erhaltenen Rohgases ab. Dadurch wird der Wärmeverlust des Rohgases minimiert.

[0013] In einer weiteren Ausführungsform wird das Sorptionsmittel getrennt von dem Gas oder Dampf zur Kühlung des Rohgases zugegeben, wobei hierfür getrennte

Zuführungsvorrichtungen vorgesehen sind. Geeignete Zugabestellen hierfür ist auch hier der Raum unmittelbar hinter der Austrittsöffnung des Vergasungsreaktors. Der Rauch bildet sich dann erst bei der Vermischung des Sorptionsmittels mit den Gasen. Die Zuförderung des festen Sorptionsmittels in das Gas erfolgt in allen Fällen bevor- zugt pneumatisch. Sie kann aber beliebig ausgeführt werden, beispielsweise auch durch ein Förderband.

[0014] Als feste, kohlenstoffhaltige Brennstoffe für die Vergasungsreaktion eignen sich alle festen, kohlenstoffhaltigen Materialien, die mit einem Sauerstoff- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas durch eine Vergasungsreaktion ein kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltiges Rohgas bilden können. Bevorzugt handelt es sich bei dem Brennstoff um Kohle oder Petrolkoks. Es ist auch möglich, ein vorzugsweise vorbehandeltes, cellulosehaltiges biologisches Brennmaterial einzusetzen. Beispiele hierfür sind Holz oder gepresstes Pflanzenmaterial.

[0015] Das zugeführte Reaktionsgas umfasst üblicherweise Sauerstoff oder Was- serdampf und Sauerstoff. Es kann aber auch weitere Gase enthalten, wobei hier beispielhaft Kohlendioxid genannt ist. Bei der Vergasungsreaktion entsteht in der Regel ein Rohgas, das im Wesentlichen Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder auch Kohlendioxid enthält und das zur Synthesegasherstellung geeignet ist.

[0016] Nach der Kohlevergasungsreaktion wird das erhaltene Rohgas zur Abfüh- rung der hohen inneren Energie mit einem kälteren Medium vermischt. Typische Medien zur Durchführung des Quenchprozesses sind gekühltes Synthesegas, zurückgeführte Prozessgase, Wasserdampf, Stickstoff oder Kohlendioxid. Das so erhaltene Rohgas besitzt in einer typischen Ausführung der Erfindung nach dem Vermischen mit dem Quenchgas eine Temperatur von 600 bis 1000 ⁰ C bei einem Druck von 0,3 bis 7 MPa. Bei dieser Temperatur wird das Sorptionsmittel dem erhaltenen Rohgas zugegeben, so dass der Sorptionsprozess eine optimale Wirksamkeit entfalten kann. Die Reaktionszeit des Absorptionsprozesses ist kurz und beträgt in der Regel weniger als 1 s.

[0017] Das Sorptionsmittel sollte für die Zugabe eine feste und feinkörnige, gegebenenfalls auch pulvrige Form besitzen. Eine bevorzugte Korngröße bei der Zugabe liegt bei 1 bis 0,01 mm und idealerweise bei 0,1 bis 0,03 mm.

[0018] Es ist möglich, das Sorptionsmittel getrennt von dem Quenchmedium zuzugeben. In diesem Fall wird das Sorptionsmittel dann mit einem Förderungsgas ein- gedüst. Man kann das Sorptionsmittel jedoch vorteilhaft zusammen mit dem Quenchmedium in den Quenchraum eindüsen. Das Sorptionsmittel wird hierzu mit dem Quenchmedium oder dem Fremdgas vor der Zugabe durch geeignete Vorrichtungen vermischt und dann mit dem Fördermedium in den Quenchraum eingedüst.

[0019] In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Sorptionsmittel direkt hinter dem Quenchraum zu dem heruntergekühlten Rohgas gegeben. Die Zugabe von Sorptionsmittel zu dem gekühlten Rohgas ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Anteil an Verunreinigungen im Rohgas geringer ist, da dann eine vergleichsweise kürzere Reaktionsstrecke benötigt wird.

[0020] Als basische Bestandteile enthält das Sorptionsmittel Verbindungen, die schnell und intensiv mit den beigefügten sauren und schwefelhaltigen Bestandteilen reagieren. Beispiele für solche Verbindungen sind Calcium- und Magnesiumcarbonate als einfach oder mehrfach basische Salze, wobei Dolomit oder Kalkstein als natürliche Vertreter dieser Salze genannt seien. Die Salze können in natürlicher oder kalzinierter Form eingesetzt werden.

[0021] Zur chemischen Absorption von schwefelhaltigen Gasbestandteilen können den Sorptionsmitteln übergangshaltige Bestandteile beigemischt werden. Häufig ver- wendete übergangsmetallverbindungen sind Zink- oder Eisensalze, wie Zinkspat oder Eisenerz. Ein bevorzugter übergangsmetallzusatz zur Absorption der Schwefelverbindungen ist Eisenoxid oder Eisenerz. Es ist auch möglich, dem Sorptionsmittel feste, o- xidierende Stoffe zuzusetzen, die mit den sulfidischen Bestandteilen zu Sulfaten reagieren und diese dadurch in unlösliche Feststoffe umwandeln. So kann beispielsweise Calciumsulfid in leicht abtrennbares und verwertbares Calciumsulfat umgewandelt werden. Beispiele für feste, oxidierende Sorptionsmittel sind Peroxide oder Persulfate.

[0022] Es versteht sich, dass das zum Quenchen vorgesehene Medium nicht mit dem Sorptionsmittel reagieren darf. Gibt man das Sorptionsmittel separat von dem Quenchmedium zu, dann muss das Förderungsmedium inert gegenüber dem Sorpti- onsmittel sein. Typische saure oder basische Begleitgase aus dem Vergasungspro- zess sind Schwefelwasserstoff (H ₂ S), Kohlenstoffoxidsulfid (COS), Schwefeldioxid

(SO ₂ ), Chlorwasserstoff (HCl) oder Fluorwasserstoff (HF). Das basische Sorptionsmittel reagiert mit den sauren Bestandteilen je nach Zusammensetzung zu Calcium- oder Magnesiumsalzen. Die übergangsmetallhaltigen Salze reagieren mit dem Schwefelwasserstoff zu Sulfiden oder Hydrogensulfiden.

[0023] In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Rohgas durch ein Teilchenbett geleitet, das das Sorptionsmittel in stückiger Form, z.B als Pellets, enthält. In diesem Fall muss das Teilchenbett jedoch periodisch gereinigt oder regeneriert werden, um es von den im Teilchenbett festgehaltenen Flugaschebestandteilen oder erkalteten Schlackebestandteilen zu reinigen. Außerdem ist es dann notwendig, das Sorpti- onsmittel periodisch durch Entnahme und Regeneration zu reaktivieren. Zur besseren Handhabung sollten die Teilchen in dem Teilchenbett eine größere mittlere Partikelgröße besitzen als die Flugasche. Vorzugsweise besitzen die Teilchen in dem Teilchenbett eine mittlere Partikelgröße von mehr als 0,2 mm.

[0024] Das erfindungsgemäß hergestellte und gereinigte Synthesegas kann für al- Ie Zwecke verwendet werden, in denen ein gereinigtes Synthesegas benötigt wird. Bevorzugt wird es in der Direktreduktion von Metallerzen verwendet. Mögliche Anwendungen sind aber auch die Synthese von Chemikalien oder die Bereitstellung von Wasserstoff. Ein Folgeprozess, der Gebrauch von einem erfindungsgemäß hergestellten und gereinigten Synthesegas macht, wird ausdrücklich mit beansprucht.

[0025] Für einige Verwendungszwecke ist es möglich, das erhaltene Rohgas mit dem abreagierten Sorbens ohne einen weiteren Reinigungsschritt direkt weiterzuver- wenden. Beispiele hierfür sind Eisenherstellungsprozesse durch Direktreduktion ausgehend von einem schwefelarmen Eisen, insbesondere dann, wenn der Anteil an Sorptionsmittel am Rohgas gering ist. Meist jedoch wird das erhaltene Synthese- oder Ge- neratorgas in einem von Feststoffen weitgehend befreiten Zustand benötigt. Hierzu müssen die so erhaltenen Feststoffe von den gebundenen, absorbierten Schadstoffen durch einen weiteren Verfahrensschritt aus dem Rohgas entfernt werden. Hierbei können Filtereinrichtungen zur Anwendung kommen, die für die Feststofffiltration von Gasen üblich sind.

[0026] Als Beispiele für geeignete Vorrichtungen sind Fliehkraftabscheider, Filterkerzen, Filtertücher oder Elektrostaubabscheider genannt. Um die Wärmeenthalpie des

Rohgases bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens voll nutzen zu können, sollte die Filtereinrichtung so gestaltet sein, dass die Temperatur des erhaltenen Gases durch den Feststoffreinigungsprozess nur wenig geändert wird. Der so erhaltene Feststoff enthält das beladene Sorptionsmittel und die aus dem Kohlevergasungsprozess mitgeführten Aschebestandteile und verfestigte Schlackepartikel.

[0027] In einer Ausführung der Erfindung erfolgt der Verfahrensschritt der Fest- stoffabscheidung nach dem Vorgang des Quenchens und nach dem Vorgang der Zugabe des Sorptionsmittels. Es ist auch möglich, eine Feststoffabscheidung im Verlauf des Prozesses mehrmals durchzuführen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Rohgas nach der Herstellung durch Kohlevergasung stark feststoffbeladen ist. Dazu kann man eine Feststoffabscheidung nach der Kohlevergasungsreaktion und eine weitere nach der Zugabe des Sorptionsmittels ausführen. In der Regel ist jedoch, insbesondere bei der Verwendung von vorteilhaften Kohlevergasungsreaktoren, nur eine Feststoffabscheidung nach dem Vorgang der Sorption notwendig.

[0028] In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Sorptionsmittel direkt in den Prozess der Feststoffabscheidung gegeben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die mitgeführten zu absorbierenden Schadstoffe im Rohgas fester oder verfestigter Natur sind. Dann findet die Sorption im Feststoffabscheider statt und die sor- bierten Bestandteile werden mit den übrigen Bestandteilen aus dem Prozess ausge- schleust. Durch die Zugabe des Sorptionsmittels wird die Sinterfähigkeit der Flugasche gesenkt, wodurch Abscheider bei deutlich höherer Temperatur eingesetzt werden können.

[0029] Der abgeschiedene Feststoff wird nach der Ausschleusung meist in seine Bestandteile aufgetrennt. Hierzu existieren verschiedene Verfahren, wie beispielsweise die Verwendung von klassierenden Einrichtungen. Man erhält die festen oder verfestigten Nebenprodukte, die in Form von Asche oder Schlacke anfallen und das abreagierte Sorptionsmittel oder eine überwiegend das abreagierte Sorptionsmittel umfassende Partikelfraktion. Die Asche und die Schlacke können einer Weiterverwendung zugeführt oder entsorgt werden. Das Sorptionsmittel kann durch geeignete Verfahren zur Regeneration wiederverwendet werden. Beispiele für geeignete Regenerationsprozesse sind Waschen, Trocknen und Kalzinieren. Geeignete Schritte zur Regeneration des

festen Sorptionsmittels können auch Hydrierschritte sein, wobei der gebundene Schwefel als Schwefelwasserstoff entfernt werden kann. Die Regeneration des basischen Sorptionsmittels kann auch durch überleiten eines wasserdampf- oder sauerstoffhaltigen Gases erfolgen.

[0030] Das so regenerierte Sorptionsmittel kann dann wieder in einen Prozess für eine erneute Sorption zurückgeführt werden. Es ist auch möglich, das Sorptionsmittel in der Kohlevergasungsreaktion wiederzuverwenden. Hierzu wird es entweder direkt dem Kohlevergasungsreaktor oder aber der Vorbehandlung für den Brennstoff zugegeben. Dazu wird das Sorptionsmittel beispielsweise mit dem Brennstoff kleingemah- len oder getrocknet. Es ist aber auch möglich, das Sorptionsmittel in einen Folgepro- zess zu geben.

[0031] Durch die Zugabe von Sorptionsmittel wird die Fließtemperatur der meisten Schlacken gesenkt, wodurch die Vergasungs- oder Verhüttungstemperatur verringert werden kann und der Wirkungsgrad der Vergasung oder Verhüttung erhöht wird. Ist der Folgeprozess beispielhaft die Herstellung von Eisen durch einen Direktreduktions- prozess, kann das Sorptionsgut nach der Regeneration bei der Eisenherstellung als Schlackebildner wirken und der den Verhüttungsprozess günstig beeinflussen. Der Folgeprozess kann je nach Beschaffenheit auch selbst ein feststoffbeladenes Gas produzieren. Dieses wird vorteilhaft erneut in einen Feststoffabscheider geführt und gerei- nigt. Der so erhaltene Feststoff kann mit dem abgeschiedenen Feststoff aus der Kohlevergasungsreaktion vereinigt werden und ebenfalls den genannten Zwecken zugeführt werden.

[0032] In der Regel ist die Beladung des abreagierten Sorptionsmittels bei einer richtigen Dosierung so, dass eine Regeneration für eine Wiederverwendung unum- gänglich ist. Ist jedoch die Beladung des Sorptionsmittels beispielsweise bei Verwendung einer sauberen Kohle nur gering, so kann ein großer Teil auch ohne eine weitere Regeneration erneut verwendet werden. Die Verwendung des Sorptionsmittels wird dann denselben Zwecken zugeführt, wie es mit einer Regeneration der Fall wäre, beispielsweise für eine erneute Verwendung im Kohlevergasungsprozess oder für die Verwendung in einem Folgeprozess. Je Konditionierung kann das Sorptionsmittel vor der Wiederverwendung auch gemahlen oder getrocknet werden.

[0033] Beansprucht wird auch eine Vorrichtung, die sich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Prozesses eignet. Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei

• diese aus einem feuerfesten Reaktionsgefäß besteht, das zur Verga- sung von festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen durch Umsetzung mit einem Sauerstoff- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas geeignet ist, und

• sich an dieses Reaktionsgefäß ein Reaktionsraum anschließt, der mit Zuführungseinrichtungen für ein festes Sorptionsmittel und gasförmige oder dampfförmige Stoffe zur Kühlung des Rohgases ausgestattet ist, und

• die Zuführungseinrichtung für das feste Sorptionsmittel und die gas- und dampfförmigen Stoffe in Form mindestens einer öffnung gestaltet ist, die sich vergaserauswärts in Richtung des Gasstromes öffnet und Vorrichtungen umfasst, mit denen sich das Sorptionsmittel im Gemisch mit dem Kühlgas unter Druck in den Gasstrom des Produktgases fördern und einleiten lässt.

[0034] Die öffnung zur Zugabe des festen Sorptionsmittels ist so gestaltet, dass eine Zugabe des Sorptionsmittels in den Gasstrom des Rohgases in Strömungsrich- tung erfolgt. Erfolgt die Zugabe des Sorptionsmittels zusammen mit dem Rohgas in Form eines Rauches, so ist die öffnung ebenfalls so gestaltet, dass eine Zugabe des Rauches in Strömungsrichtung erfolgt. Die Ausformung der öffnung vergaserwandsei- tig bevorzugt ein Schlitz, es kann sich aber auch um einen Kragen oder eine ringförmige Düse handeln. Die Formgebung kann beliebig sein, um eine Zuführung des Rau- ches oder des Sorptionsmittels in den Rohgasstrom in Strömungsrichtung zu ermöglichen.

[0035] Auf der wandauswärtsgerichteten Seite der öffnung befinden sich Zuführungsvorrichtungen, die eine Zuförderung des Sorptionsmittels in den Gasstrom ermöglichen. Die Förderung des festen Sorptionsmittels in den Gasstrom erfolgt bevor- zugt pneumatisch, so dass eine Zerstäubung des Gasstromes möglich ist. Geeignet ist aber jede Vorrichtung, die eine rauchförmige oder näherungsweise rauchförmige Zu-

gäbe des Sorptionsmittels in den Rohgasstrom ermöglicht. Zur pneumatischen Förderung des Sorptionsmittels gehören zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielhaft auch Zerstäubungseinrichtungen, Förderschnecken oder Gasdruckpumpen.

[0036] Die beanspruchte Vorrichtung enthält außerdem einen Vergasungsreaktor, der mit mindestens einer öffnung zur separaten Abführung der festen Reaktionsproduktes und mindestens einer weiteren öffnung zur separaten Abführung des gasförmigen Reaktionsproduktes ausgestattet ist. Dadurch ist es möglich, ein zur Herstellung von Synthese- oder Generatorgas geeignetes Rohgas zu erhalten, das weitgehend frei von Asche- oder Schlackebestandteilen ist. Der Vergasungsreaktor enthält in einer be- vorzugten Ausführungsform eine separate öffnung zur Ausführung der Schlacke und der übrigen anfallenden Feststoffe, die dann einer weiteren Verwendung oder Entsorgung zugeführt werden. Der Vergasungsreaktor enthält in einer bevorzugten Ausführungsform auch eine separate öffnung zur Ausführung des Rohgases, wobei spezielle Vorrichtungen dafür sorgen, dass das Rohgas möglichst wenig Schlacke- und Asche- bestandteile enthält. Zur Erlangung einer für die Vergasungsreaktion geeigneten Form des Brennstoffes können Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Mühlen, Trockner oder Fliessbetteinrichtungen zur Brennstoffvorbehandlung sein.

[0037] An den eigentlichen Reaktor zur Durchführung der Vergasungsreaktion schließt sich in abwärts oder aufwärts führender Richtung ein Reaktionsraum an, der zur Vermischung des Rohgases mit einem Quenchmedium zur Abführung der hohen inneren Energie nach dem Vergasungsprozess dient. Zur Durchführung dieses Quenchprozesses sind in dem Reaktionsraum Düsen zur Einbringung des Quenchme- diums und des Sorptionsmittels eingebracht. Wird das Sorptionsmittel im Quenchraum nach der Zugabe des Quenchmediums zugeführt, so enthält der Quenchraum zusätzli- che Eindüsungs- oder Einbringungsvorrichtungen zur Zuführung des Sorptionsmittels.

[0038] Unabhängig vom Ort der Zugabe sind die Düsen vorteilhaft mit einer Mischvorrichtung für die Zugabe des festen Sorptionsmittels in den Gas- oder Dampfstrom versehen. Außerdem sind die Düsen vor der Mischvorrichtung mit einer geeigneten Zuführungseinrichtung für das Sorptionsmittel ausgerüstet. Dies können beispiels- weise Förderschnecken oder pneumatische Propfenfördereinrichtungen sein. Je nach Ort der Zugabe des Sorptionsmittels können die Düsen- oder Fördereinrichtungen für

das Sorptionsmittel im Prozessfluss auch hinter dem Quenchraum oder in einem nachgeschalteten Feststoffabscheider angebracht sein. Zur Erlangung einer für die Vergasungsreaktion geeigneten Form des Sorptionsmittels können Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Mühlen, Trockner oder Fliessbetteinrichtungen zur Sorptionsmittel- Vorbehandlung sein.

[0039] In einer Ausführung der Erfindung enthält die Vorrichtung einen Feststoffabscheider, in den das Rohgas nach der Reaktion mit den Sorptionsmitteln gelangt und in dem die festen Bestandteile aus dem Gas herausgefiltert werden. Die Vorrichtung kann weitere Apparate enthalten, die es beispielsweise erlauben, eine Feststoff- behandlung der abgeschiedenen Feststoffe durchzuführen. Hierzu gehören beispielsweise klassierende Einrichtungen wie Sichter- oder Siebvorrichtungen, die Asche oder Schlackebestandteile von dem abreagierten Sorptionsmittel abtrennen können.

[0040] Geeignete Feststoffabscheidervorrichtungen sind insbesondere Fliehkraftabscheider, auch Zyklone genannt. Geeignete Feststoffabscheidervorrichtungen kön- nen aber auch temperaturbeständige Tuchfilter, keramische Filterelemente, Filterkerzen oder ein Elektroentstauber sein. Der Verfahrensschritt der Feststoffabscheidung findet in der Regel direkt hinter dem Quench- und Sorptionsvorgang statt. Es ist auch möglich, das feststoffbeladene, heiße Rohgas über Rohrleitungen in den Verfahrensschritt der Feststoffabscheidung zu geben. Es ist auch möglich, die Feststoffabschei- düng durch Filtration vorzunehmen. Dieser Verfahrensschritt erfolgt bevorzugt vor der Zugabe des Sorptionsmittels, da die Sintertemperatur der Schlacke sonst absinkt und diese dadurch die Filtrationseinrichtungen verstopft.

[0041] Die Vorrichtung kann auch Apparate enthalten, die es erlauben, nach der Abscheidung des Feststoffes vom Sorptionsmittel eine Regeneration des Sorptionsmit- tels durchzuführen. Hierzu zählen beispielsweise Waschkessel oder Trocken- und KaI- zinierungseinrichtungen. Diese Vorrichtungsbestandteile befinden sich in der Regel im Prozessfluss hinter dem Quenchraum und hinter der Feststoffabscheidung. Das regenerierte Sorptionsmittel wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch geeignete Vorrichtungen wieder in den Prozess der Kohlevergasung zurückge- führt. Dies kann am Punkt der Brennstoffvorbehandlung oder direkt in den Kohlevergasungsreaktor geschehen.

[0042] Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch Einrichtungen enthalten, die eine Weiterverwendung des Sorptionsmittels in einem Folgeprozess ermöglichen. Produziert der Folgeprozess seinerseits ein feststoff- beladenes Gas, dann kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch Apparate zur Feststoffabscheidung und Rückführung des abgeschiedenen Feststoffes enthalten.

[0043] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist es möglich, das aus dem Quenchprozess erhaltene Gas vor oder nach der Abtrennung von Feststoffen einem Waschprozess mit einer Waschflüssigkeit zu unterziehen. So kann das mit Feststoffen oder mit beladenem Sorptionsmittel versehene Rohgas bevorzugt mit Wasser gewa- sehen werden, um beladenes Sorptionsmittel oder Feststoff aus dem Rohgas herauszuwaschen. Es ist aber auch möglich, das beladene Rohgas mit anderen für Gaswaschprozesse geeignete Waschflüssigkeiten zu reinigen. Beispiele für häufig verwendete Waschflüssigkeiten sind Ethanolamine oder alkylierte Polyalkylenglykole.

[0044] Die Erfindung ermöglicht eine effiziente und schnelle Reinigung eines aus einem Kohlevergasungsprozess stammenden Synthese- oder Generatorgases durch Zugabe eines festen Sorptionsmittels unmittelbar nach der Kohlevergasungsreaktion. Durch eine schnelle Reaktion des zugegebenen Sorptionsmittels mit Rohgasen, die saure oder schwefelhaltige oder halogenhaltige Stoffe oder eine Kombination dieser Stoffe enthalten, können diese störenden Stoffe schnell und effizient aus dem Rohgas entfernt werden. Dadurch entfällt der energie- und zeitaufwendige mit einer Kühlung verbundene Waschprozess und das sich daran anschließende Wiederaufheizen des Gases. Das erhaltene Sorptionsmittel kann kostengünstig weiter verwendet werden oder regeneriert werden.

[0045] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Vergasung fes- ter Brennstoffe wird anhand von zwei Zeichnungnen genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.

[0046] FIG. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Prozessfluss zur Durchführung eines Verfahrens mit der Zugabe eines festen Sorptionsmittels zu einem Rohgasstrom einer Vergasungsreaktion. FIG. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zugabe eines festen Sorptionsmittels in den Rohgasstrom einer Vergasungsreaktion.

[0047] FIG.1 zeigt ein stark vereinfachtes Schema zur Durchführung des Verfahrens mit der Zugabe des Sorptionsmittels zum Rohgasstrom in den Mischraum beim Quenchen. Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff (1) wird zur Vorbereitung des Vergasungsprozesses in eine Vorrichtung zum Mahlen und Trocknen (2) gegeben. Der dadurch anfallende kleinteilige oder feinkörnige Brennstoff wird über geeignete Fördereinrichtungen (2a) in einen Vergasungsreaktor gegeben. über eine weitere Zuführungsleitung und Vorrichtungen zum Einsprühen wird ein Sauerstoff- oder wasserdampf- und sauerstoffhaltiges Reaktionsgas (3) in den Vergasungsreaktor (4) eingeführt, in dem die eigentliche Vergasungsreaktion zur Herstellung von Synthesegas stattfindet. Der Reaktor (4) ist in einer vorteilhaften Ausführungsform mit einer separaten Abführungseinrichtung für feste und verflüssigte Vergasungsprodukte ausgestattet, die es erlauben, die bei dem Vergasungsprozess anfallende Schlacke mit den übrigen festen Bestandteilen separat vom Rohgas aus dem Reaktor auszuführen (5). Das erhaltene Rohgas wird aus dem Reaktor in vertikal abwärts gerichteter Strömung in ei- nen Misch- oder Quenchraum (6) geleitet. Es ist auch möglich, den Misch- oder Quenchraum konstruktiv an den Reaktor anzuschließen. In den Quenchraum wird das heiße Rohgas zur Abführung der hohen inneren Energie mit einem niedriger temperierten Fremdgas (7) versehen. In den Quenchraum wird frisches Sorptionsmittel (8) gegeben, das dort mit den Schadstoffen des Rohgases reagiert. Das heruntergekühlte und sorptionsmittelbeladene Gas wird über eine Rohrleitung (9) in einen Entstauber oder Feststoffabscheider (10), z.B. einen Zyklon, geleitet. Dort werden die groben, festen Bestandteile des Rohgases abgeschieden, so dass dieses in die Feststoffbehandlung geleitet werden kann (13). Diese festen Bestandteile, die im Wesentlichen aus verfestigter Schlacke, beladenem Sorptionsmittel und Asche bestehen, werden dort aufgetrennt. Die Asche und die Schlacke werden aus dem Prozess ausgeschleust (14). Das Sorptionsmittel wird durch geeignete Verfahren regeneriert und ebenfalls aus dem Prozess ausgeschleust (15). Je nach Beladung des Sorptionsmittels kann dieses erneut in der Vorbehandlung mit dem Brennstoff vermischt (13a) und in die Vergasungsreaktion gegeben werden (2a). Bei geeigneter Beschaffenheit des Sorptionsmittels ist es auch möglich, dieses direkt in den Vergasungsreaktor zu geben (13b). Das entstaubte Rohgas (12) der Kohlevergasungsreaktion wird in den Folgeprozess (17) geleitet. Dort wird es in verschiedenen Prozessen eingesetzt. Es ist möglich, das beladene Sorptionsmittel je nach Beschaffenheit in dem Folgeprozess einzusetzen (16). Im Verlauf des Folgeprozesses wird ein Teil des Gases verbraucht, während sich das Sorpti-

onsmittel nur wenig ändert. Das restliche feststoff- oder staubhaltige Gas (18) wird einer erneuten Reinigung durch Feststoffabscheidung (19) unterzogen. Der dabei anfallende Feststoff kann je nach Beschaffenheit und Beladung in den Prozess der Feststoffregeneration (19a) gegeben werden. Bei stärkerer Beladung wird der sorptionsmit- telbeladene Feststoff nach Einsatz im Folgeprozess ausgeschleust (20). In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das frische Sorptionsmittel (8) unmittelbar hinter dem Misch- oder Quenchraum in den Prozess gegeben oder in den Feststoffabscheider gegeben, wobei sich die restliche Anlagenkonstruktion wenig ändert.

[0048] FIG. 2 zeigt die Austrittsöffnung eines Vergasungsreaktors (4a), der das Rohgas (21) in aufwärtsführender Richtung aus dem Vergasungsreaktor ausführt. Das Rohgas passiert eine Verengung (4b), die die Geschwindigkeit des Gasstromes erhöht. Hinter der Verengung befindet sich eine öffnung (23), durch die das feste Sorptionsmittel (8) zusammen mit einem inerten Gas in Form eines Rauches (22) eingeleitet wird. Der Rauch wird mit dem Rohgas (9) mitgerissen und führt dabei einen Reini- gungseffekt durch. Der Rauch wird mit dem gereinigten Rohgas entlang des Rohres zur Rohgasausführung (24) mitgerissen.

[0049] Bezugszeichenliste

1 Brennstoffzufuhr

2 Mahlung und Trocknung

2a Zufuhr von gemahlenem Brennstoff

3 Reaktionsgas

Vergasungsreaktor a Austrittsöffnung eines Vergasungsreaktors b Verengung an der Austrittsöffnung des Vergasungsreaktors

5 Feststoffaustrag (Asche und Schlacke)

6 Mischraum (Quenchraum)

7 Fremdgaszuführung

8 Festes Sorptionsmittel

9 Rohgas, beladen mit Feststoff

10 Feststoffabscheider

11 Feststoffaustrag

12 Gereinigtes Rohgas oder Synthesegas

13 Feststoffbehandlung

13a Feststoffrückführung in die Brennstoffvorbehandlung

13b Feststoffrückführung in den Vergasungsreaktor

14 Austrag von festem, beladenem Sorptionsmittel

15 Austrag von Schlacke

16 Feststoffeintrag in Folgeprozess

17 Folgeprozess

18 Prozessaustrittsgas

19 Feststoffreinigung Prozessaustrittsgas

19a Feststoffrückführung Prozessaustrittsgas

20 Entstaubtes Prozessaustrittsgas

21 Rohgasstrom

22 Rauch aus festem Sorptionsmittel und Rohgas

23 öffnung

24 Rohr zur Rohgasausführung