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WO2018007205A1 - Method for the parallel production of synthesis gas, carbon, and low-pollutant residual coal from brown coal - Google Patents

Method for the parallel production of synthesis gas, carbon, and low-pollutant residual coal from brown coal Download PDF

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WO2018007205A1
WO2018007205A1 PCT/EP2017/065847 EP2017065847W WO2018007205A1 WO 2018007205 A1 WO2018007205 A1 WO 2018007205A1 EP 2017065847 W EP2017065847 W EP 2017065847W WO 2018007205 A1 WO2018007205 A1 WO 2018007205A1
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coal
carbon
stage
gas
mol
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PCT/EP2017/065847
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Hans-Juergen Maass
Otto Machhammer
Andreas Bode
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Basf Se
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Publication date
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    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/095Exhaust gas from an external process for purification

Definitions

  • the present invention involves chemical utilization of coal, particularly lignite, with a lower carbon footprint than in the prior art.
  • the current processes for the chemical use of lignite e.g.
  • Coal gasification have a high carbon footprint.
  • the production of hydrogen from coal via coal gasification releases about twice as much carbon dioxide as the production of hydrogen from natural gas.
  • the present invention is intended to make it possible, in parallel, to produce so-called inferior coal having a low calorific value, e.g. Brown coal, a
  • Synthesis gas for the production of organic products e.g. methanol
  • Products have a lower carbon footprint than the combination of the known processes for the preparation of the products hydrogen, carbon and carbon, such as e.g. coal gasification and methane steam reforming to produce hydrogen, and oil refining to produce (pet) coke.
  • the inventive method should not be greater than when these products are made from petroleum or natural gas.
  • Coal is a natural product with a very different composition.
  • Lignite composition indicated: carbon of 65-75% by weight, hydrogen of 8-5.5% by weight, oxygen of 30-12% by weight, volatiles of 60-43% by weight and calorific value of 7-13 MJ / kg.
  • the Federal Association brown coal DEBRIV gives in
  • German lignite ash content of 2.5 - 20 wt%, water content of 40 - 60 wt% and sulfur content of 0.15 - 3.5 wt%.
  • lignite is used primarily for electricity generation.
  • the lignite is burned, creating the climate-damaging carbon dioxide.
  • Chemically, the Lignite via gasification and hydrogenation for the production of fuels, via charring and extraction as raw material for the chemistry, via coking for the
  • the product range from gasoline to waxes and tars to tar coke is more cost-effective since, for example, the handling of liquids is easier than that of
  • the generated gas mixture contains carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and water as well as methane, which is thermally decomposed in a second stage into hydrogen and carbon.
  • the generated carbon is returned to the gasification.
  • the generated gas can be used after purification as a synthesis gas for methanol production or Fischer-Tropsch synthesis.
  • a disadvantage of this method is the need for a catalyst and high pressures in the gasification reaction, which usually entail high investment costs. There is a risk that the generated
  • Fluidized bed at about 600 ° C is manwelt. Part of the resulting carbonization gas is withdrawn from the process, freed from the entrained coke dust, to a
  • Gas treatment plant performed in which the tar condensation and gas purification are performed.
  • the discharged carbonization gas is used as heating gas.
  • the other Part of the resulting carbonization is used for heating an exhaust gas stream, which serves for preheating the coal used, and then returned to the fluidized bed.
  • the coke is in an Enderhitzer on a over the
  • the exhaust gas produced during the final heating is used to pre-heat the coal to be smoldered.
  • the produced tar oil can be used in the production of naphthalene, anthracene or phenanthrene. In this single-stage
  • DE 2 825 691 A1 discloses a process for the production of shaped coke in which a mixture of fine coal, grass and non-coke agglomerates is moved downwards in an oven and the mixture in one
  • Preheating section is heated to a temperature of 370 to 540 ° C to form Grus and initiate the release of the volatiles of the coal.
  • the temperature of the preheated coal mixture is further increased within a devolatilizer furnace section to 650-1300 ° C to form discrete coke agglomerates of plastic consistency.
  • the coke agglomerates are then cooled with carbon dioxide gases to a range of 315 to 40 ° C to cure the coke agglomerates. Then they are removed together with the grus from the oven, the coke agglomerates and the grus separated by sieves and the Grus in the oven cycle
  • the released in the heating of the coal or coke gases comprise at its discharge point, the volatile carbon constituents, carbon dioxide and different proportions of hydrogen and carbon monoxide depending on the gas temperature. Chemical use of the volatile carbon components is not disclosed. The parallel production of high-purity carbon is not possible with this one-step process.
  • EP 80 549 A2 discloses a process for obtaining pyrolysis gas from combustible materials, e.g. Plastic waste, crushed and subsequently in one
  • the resulting carbonization gases are passed through a arranged in the heating of the Verschwelungsreaktors cracker and the larger gas molecules cracked in this without partial combustion at temperatures of 1000 to 1200 ° C, i. cleaved into smaller gas molecules without cleaving methane and thus without precipitating solid.
  • the resulting cracking gases are then cooled and fed into a wet scrubber, where the impurities are deposited. These cracked gases are then energetically utilized, e.g. in a power plant. In this one-step process, the simultaneous production of syngas and high purity carbon is not possible.
  • Coke oven part of the volatile hydrocarbons in the coal by heating to a temperature of 900 to 1400 ° C pyrolyzed. The remainder of the volatile components are released and filtered off with suction. This is essentially made of carbon existing coke and a coke oven gas.
  • the coke oven gas contains hydrogen, methane,
  • Granules e.g. Coal thermally decomposed into carbon and hydrogen.
  • coal is used as an inert material for the deposition of thermally produced carbon.
  • a utilization of coal as a chemical raw material is not described. There is no indication that the gas to be used would be coal carbonization or coal vaporization gas.
  • EP 2 987 769 describes a process for the production of synthesis gas in which carbon and hydrogen are obtained from hydrocarbon by thermal decomposition, wherein at least a part of the carbon obtained in a coal power plant for electricity production oxidizes and at least part of the hydrogen obtained with
  • Carbon dioxide is converted to carbon monoxide and water. Again, one will be
  • Hydrogen-containing dome gases such as or blast furnace gas from a blast furnace, converter gas from the crude steel production and / or coke oven gas from the pyrolysis of hard coal,
  • WO 2013/2691 describes a combination of gasification and pyrolysis of
  • Substance mixture resulting raw gas is introduced into a cracking reactor.
  • the raw gas is reacted in the presence of pyrolysis coke and the ash from the gasification with the aid of steam in synthesis gas.
  • the pyrolysis coke is burned in a third step with air. Accordingly, no pyrolysis coke is discharged.
  • the invention is based on the object to develop a method that makes it possible from the large incidence of low-rank coal with low Kohlenohlungsgrad, especially with a molar H to C ratio in the water and ash-free coal greater than 0.6 , eg Brown coal, three high quality, separately available products such as
  • the synthesis gas can be used for example for the production of organic products, such as methanol, dimethyl ether, gasoline or diesel.
  • the high-purity carbon can replace, for example, refinery petroleum coke.
  • the degree of coalification characterizes the chemical and physical properties of the coals such as water content, carbon content, volatile content, calorific value and vitreous reflection (Maceral).
  • High purity carbon in this context means that the carbon content is greater than 99.9 mol%, preferably greater than 99.95 mol%.
  • the object is achieved according to the invention with a process for the parallel production of synthesis gas, carbon and a residual coal from a charcoal with a molar H to C ratio in the water and ash-free coal of greater than 0.5, achieved in that a first stage at least a portion of the volatile constituents of the feed coal are thermally expelled from the feed coal at temperatures of 500 to 1000 ° C and at least a portion of these volatile constituents in a second stage thermally at temperatures of 1000 to 1800 ° C to synthesis gas and carbon reacted and both reaction products of the second stage are discharged from the reactor, wherein the reaction of the second stage as
  • the temperatures in the first stage may be between 400 and 1200 ° C, advantageously between 600 and 900 ° C, preferably between 600 and 800 ° C, more preferably between 700 and 800 ° C, in particular about 750 ° C.
  • the pressure in the first stage is preferably 1 to 25 bar, preferably 1 to 5 bar, in particular 1 to 2 bar.
  • the content of volatiles to be driven can be adjusted by the temperature and pressure range, as well as the size of the
  • the feed coal has a molar H to C ratio in the water- and ash-free coal of greater than 0.55, preferably greater than 0.6.
  • the economic optimum is advantageous a mean "x - 2y" value.
  • the residual coal has a molar H: C ratio of 0.3 to 0.8, preferably from 0.4 to 0.8, in particular from 0.5 to 0.7.
  • the "x-2y" value of the residual carbon is likewise advantageously 0.1 to 0.8, preferably from 0.2 to 0.7, in particular from 0.3 to 0.6. Reduces the value of the residual coal by 10 to 60%, preferably by 30 to 60% and in particular by 40 to 50% with respect to the "x - 2y" value of the feed coal.
  • volatile constituents also called carbonization gases, in particular hydrogen, methane, heavy hydrocarbons such as e.g. Brown coal smolder, carbon monoxide and carbon dioxide.
  • gasoline, yellow oil, creosote oil, gas oil, paraffin oil, hard paraffin, soft paraffin, tar pitch and tar coke can be obtained from lignite smelters.
  • Lignite CHl, 20o, 28 40,9 47,3 1 1, 4
  • the carbonization gas after the first stage has the following composition: hydrogen in the range from 30 to 50 mol% with respect to the total amount of carbonization gas, preferably from 30 to 45 mol%, in particular from 40 to 45 mol%; Methane in the range from 25 to 15 mol%, preferably from 20 to 25 mol%, heavy hydrocarbons in the range from 4 to 1 mol%, preferably from 3 to 4 mol%, carbon monoxide in the range from 10 to 20 mol%, preferably from 10 to 15 mol%, carbon dioxide in the range from 5 to 15 mol%, preferably in the range from 5 to 10 mol%.
  • the oxygen content of the carbonization gas is advantageously from 1 to 25 mol .-%, preferably from 2 to 20 mol .-%, in particular from 5 to 15 mol .-%.
  • less than 25 mol% of steam is preferably fed in relation to the optionally predried charge coal, preferably less than 10 mol%, particularly preferably less than 5 mol%; In particular, no water vapor is added in the first stage.
  • the first stage less than 10 mol% of oxygen, with respect to the optionally pre-dried feed coal, is fed, preferably less than 5 mol%; In particular, no oxygen is added in the first stage.
  • the feed coal used in the first stage consists of predried lignite whose water content after drying is preferably between 0 and 25% by weight, more preferably between 1 and 15% by weight, most preferably between 2 and 12% by weight, in particular between 5 and 10% by weight.
  • Pre-drying is advantageously carried out with the aid of a vapor compression, as in the
  • the smoldering in the first stage advantageously converts the char to a low-emission residual coal that has a calorific value between 22 and 28 MJ / kg ashless, typically 24 to 26 MJ / kg.
  • the low-emission residual coal is advantageously discharged from the Verschwelungsreaktor or the reactor region of the carbonization.
  • Low-pollutant in this context means that the residual carbon based on the initial amount of pollutants contains at least 10% less pollutants, preferably at least 30% less, especially at least 50% less than the feed coal.
  • the first stage, the smoldering, can advantageously be carried out in a rotary kiln, shaft furnace fluidized bed or moving bed reactor.
  • the production bed of the first stage is advantageously a packed bed of the coal used.
  • fixed bed is understood to mean when the solid reactor contents are not fluidized and at rest, the term “moving bed” when the solid reactor contents are not fluidized but move through the reactor, and the term “fluidized bed” the solid reactor contents are at least partially fluidized at least in the reaction zone and move through the reactor
  • Reactor contents are moving, but no longer fluidized.
  • this circulation stream consists of the volatile constituents of the feed coal and, when starting the carbonization, has methane as the base gas, superheated steam and / or carbon dioxide, preferably methane and / or superheated steam, in particular methane.
  • this circulatory stream Before leaving the coal bed, this circulatory stream, which at this point with the volatile
  • the cooling of the recycle stream enriched with the volatile components is expediently carried out only to the extent that no appreciable amounts of volatile components condense, the temperature to be selected depending on the gas composition and the pressure.
  • This enriched circulation stream advantageously with a ratio of cycle gas to gas, which is introduced into the second stage, from 0.1 to 10, preferably 0.5 to 5, more preferably 0.75 to 2.5, in particular 1 to 2, is then advantageously separated into the recycle stream, which is recycled back into the lower end of the coal bed and into a stream which is advantageously fed without further treatment of the second stage.
  • the recycle stream is advantageously further cooled to a temperature of advantageously 20 to 80 ° C. This condense water and the condensable organic components.
  • the thus cooled and dried recycle stream occurs as a circulating stream at the lower end of the coal bed back into this and cools there the exiting residual coal.
  • the condensate from the recycle stream is advantageously separated in a phase separator into a water phase and an organic phase, wherein the organic phase is fed to the second stage in a suitable manner.
  • the first stage energy supply can be both direct and indirect.
  • the type of energy supply can be both electrical and thermal.
  • the endothermic charring in the first stage is maintained by thermal energy.
  • part of the carbonization gases is advantageously oxidized.
  • Fill in the first stage is also oxidized. Serves as an oxidizing agent
  • pure oxygen or oxygen-enriched air having an O 2 content of greater than 80% mol% wherein pure oxygen is understood as meaning strongly enriched air having an O 2 content greater than 99 mol%.
  • a favorable embodiment is the following process: Gas is withdrawn from the hot area of the bed, burned in a combustion chamber with the oxygen and the hot flue gases back into the hot area of the bed
  • the heat of the carbonization is advantageously provided.
  • Heat exchangers installed. These heat exchangers may advantageously have both a plate shape and tubes.
  • the beds can flow both in the pipes and around the pipes.
  • a hot flue gas which gives off its heat through the tube wall to the beds and thereby cools when flowing through the tubes.
  • the heat required in the first stage to drive off the volatiles from the coal may be supplied by electric current. This can be done by electromagnetic induction or by passing electrical current through the bed of the feed coal, which serves as a resistor and thereby heated. Furthermore, the energy input can be effected by indirect electrical heating.
  • a preferred variant of the method according to the invention consists in that the heat required in the first stage for expelling the volatile constituents from the coal is effected by indirect thermal heat supply by combustion of the feed coal or of the residual coal with air.
  • hot flue gases flow through heat exchanger tubes, which are lapped by the charcoal on the outside.
  • the carbonization gases formed in the first stage are advantageously carried out without further cooling outside the reactor of the carbonization or the reactor region of the carbonization and advantageously without further work-up in the second stage.
  • the sulfur compounds and other pollutants contained in the carbonization gases are also advantageously carried to the second stage, in which the thermal reaction takes place.
  • the volatiles cooled by the feed coal bed are removed at the top of the carbonization reactor.
  • An alternative advantageous process control is to remove the volatile constituents from the hot region of the feed coal bed.
  • the volatile constituents in particular the methane and the higher hydrocarbons, advantageously thermally reacted at temperatures preferably between 1000 to 1600 ° C and at pressures between 1 and 25 bar, in synthesis gas and carbon (see, for example, WO 2013/004398) ,
  • the temperatures in the second stage are advantageously between 1000 and 1600 ° C, in particular between 1 100 and 1300 ° C.
  • the pressure in the second stage is preferably 1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar.
  • the pressure in the second stage is 0.01 to 2 bar, preferably 0.01 to 1 bar, preferably 0.01 to 0.5 bar lower than the pressure in the first stage.
  • the first and second stages are thus carried out at a similar pressure level.
  • Support materials preferably heat transfer materials carried out, on which the carbon formed in the cleavage reaction of the hydrocarbons primarily, in particular greater than 90% with respect to the maximum pyrolyzable
  • Carbon content of the carbonization gas adsorbs. These solid supports can be used for regenerative heat integration.
  • the production bed is advantageously a packed bed of solid support materials.
  • the second stage, the thermal decomposition can advantageously be carried out in a fixed bed, fluidized bed or moving bed reactor, wherein the term "fluidized bed” also includes a Production bed is understood when the solid reactor content in the reaction zone is at least partially fluidized and above and / or below the reaction zone of the solid reactor contents moves, but no longer fluidized.
  • the support materials of the production bed are advantageously temperature-resistant in the range from 1000 to 1800 ° C., preferably from 1300 to 1800 ° C., more preferably from 1500 to 1800 ° C., in particular from 1600 to 1800 ° C.
  • temperature-resistant carrier materials advantageously come e.g. ceramic
  • Carrier particles in particular materials according to DIN EN 60 672-3 such.
  • non-standard high performance ceramic materials such as e.g. Quartz glass, silicon carbide, boron carbide and / or nitrides serve as a temperature-resistant support materials. These heat transfer materials can be compared to the deposited thereon
  • a carbonaceous granulate is to be understood as meaning a material which advantageously consists of solid grains which are at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of carbon, more preferably at least 95 wt .-%, in particular at least 98 wt .-% carbon.
  • the carbonaceous granules are advantageously spherical.
  • a multiplicity of different carbonaceous granules can be used.
  • such granules may consist predominantly of coal, coke, coke breeze and / or mixtures thereof.
  • the carbonaceous granules 0 to 15 wt .-% based on the total mass of the granules, preferably 0 to 5 wt .-%, metal, metal oxide and / or ceramic.
  • the ammonia contained in the carbonization gases is advantageously decomposed in the second stage into nitrogen and hydrogen.
  • the methane and the higher hydrocarbons are largely reacted in an endothermic reaction, advantageously greater than 90% in synthesis gas and carbon due to the high temperatures.
  • Hydrocarbons include, but are not limited to, crude tar, naphthalene and BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes). These products are preferably reacted in a thermal conversion to methane.
  • the area in which the methane conversion is to be adjusted depends primarily on the nature of the subsequent processes.
  • the methane conversion can be controlled by the selected pressure and Setting the temperature. It may be advantageous, for example, to not react methane in pyrolysis above 95% and then to discharge the unreacted methane in the subsequent process step. This may be advantageous, for example, if the subsequent process requires a cycle gas process, such as the methanol synthesis or the Fischer-Tropsch process, or the separation of the methane from the pyrolysis in the subsequent process, for example by a pressure swing absorption or a temperature swing absorption, with a lower Effort is possible, as in pyrolysis.
  • sub-stoichiometric reforming means that the O content of the process gas, including the carbonization gases (volatile constituents of the feed coal) and optionally oxygen for autothermal heating, is not in the second stage
  • the molar C: O ratio is greater than 1: 1.
  • the choice of the concrete substoichiometric ratio depends on the desired synthesis gas product stream Synthesis gas (consisting of H2, CO, C02, H20) always also a solid carbon-containing phase
  • Reaction products are discharged from the reactor or the reaction zone of the thermal reaction.
  • x may advantageously be between 1 and 30 and y advantageously between 2 and 60.
  • the ammonia is decomposed during the thermal reaction at least partially, depending on the selected temperature and the pressure in nitrogen and hydrogen.
  • the balance of the Boudouard reaction is on the side of carbon monoxide.
  • the hot product gas of the second stage is advantageously cooled as quickly as possible; this cooling can be carried out particularly preferably by a direct heat transfer from the hot product gas to the cold bed of support materials.
  • the hydrogen to carbon ratio can be adjusted by the pressure chosen due to the reforming reactions to the requirements of the subsequent processes.
  • the carbon formed in the pyrolysis forms in the gas phase or on the support materials and settles on these and is discharged from the pyrolysis reactor.
  • the carbon is now in a high purity state and may be e.g. Replace refinery petroleum coke.
  • the process of the second stage is advantageously carried out without the presence of a technical catalyst, wherein a technical catalyst is characterized in that it is produced and used in a targeted manner.
  • the energy supply to the second stage, the thermal conversion, can also be done both directly and indirectly.
  • the type of energy input can be both electrical and thermal.
  • the direct electrical energy supply can be done both inductively and ohmic.
  • the respective carbonaceous beds represent a corresponding resistance.
  • the ohmic variant since in this case all electrical losses that arise from the end of the external power supply, directly benefit the heating of the beds.
  • the beds can be designed both as a fluidized bed, moving bed or as a fixed bed, in the case of direct electrical heating, the fixed bed variant is preferable.
  • two electrodes are installed in the beds, between which the beds act as an electrical resistance and heat up as the current passes through the electrical feedthrough losses.
  • electric heating elements are lapped by the respective beds. These electric heating elements heat up when electricity flows through them and release this heat to the surrounding beds.
  • oxidizing agent used is, for example, pure oxygen or oxygen-enriched air having an O 2 content of greater than 80 mol%, where pure oxygen is understood as meaning strongly enriched air having an O 2 content greater than 99 mol%.
  • the heat of combustion of the above-mentioned endothermic reactions is advantageously provided by the heat of combustion released during the oxidation.
  • a favorable embodiment is the following process: Gas is withdrawn from the hot area of the respective bed, burned in a combustion chamber with the oxygen and the hot flue gases are redistributed into the hot area of the bed.
  • Heat exchanger installed. These heat exchangers may advantageously have both a plate shape and tubes. In the case of pipes, the beds can flow both in the pipes and around the pipes.
  • a hot flue gas which gives off its heat through the tube wall to the beds and thereby cools when flowing through the tubes.
  • the heat required in the second stage for thermal conversion of the components expelled from the coal is supplied by electric current and / or oxygen addition for an oxidation process.
  • the heat supply can be done by electromagnetic induction or by
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that in the second stage, the thermal conversion of methane and the higher
  • Hydrocarbons, used heat transfer material advantageously from a
  • the bed of carbonaceous granules is designed as a moving or fluidized bed.
  • This bed is called carbon bed in the following.
  • a further variant of the process according to the invention provides that the conversion of the volatiles expelled from the coal into synthesis gas and high-purity carbon takes place in the presence of a bed of carbon-rich granules moving from top to bottom, which at least partially recirculates becomes.
  • volatile components are passed whose gaseous reaction products after pyrolysis and gasification or reforming at the upper end of the carbon bed through the
  • Carbon at the lower end is discharged more or less hot.
  • the hot carbon emerging at the lower end of the second stage is cooled by an inert gas stream which flows to the
  • the hot inert gas stream for cooling the exiting hot carbon can also be used to generate steam.
  • This steam can be used on the one hand in the workup process of the process for the conversion of the synthesis gas to methanol or dimethyl ether or for the production of electricity.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the synthesis gas leaving the second stage is desulfurized and purified (in "Chemischetechnik, Rothe und Kunststoff, Volume 4, Winnacker-Kuchler, 5th edition, Wiley-VCH, p. 353 et seq. ).
  • Gas mixture present pollutants, such as mercury, from the
  • the present after the desulfurization and purification gas consists mainly of hydrogen and carbon monoxide and possibly partially back-reacted
  • Carbon dioxide preferably greater than 80 mol%, more preferably greater than 90 mol%, in particular greater than mol 95% of hydrogen and carbon monoxide or
  • Carbon dioxide wherein the content of re-reacted carbon dioxide is less than 5%
  • An improvement of the method according to the invention is that the process is operated by controlling, inter alia, water content of the feed coal, temperature and pressure of the respective stages such that the gas present after desulfurization and purification has a hydrogen-carbon monoxide ratio corresponding to the requirement of greater than 2.
  • this gas is additionally supplied with carbon dioxide when used for the synthesis of, for example, methanol, dimethyl ether, gasoline or Fischer / T ropsch condensate, so that this process represents a carbon dioxide sink.
  • the products of the synthesis gas e.g., fuels
  • the products of the residual coal e.g., electricity
  • the inventive method allows new opportunities for the use of lignite.
  • lignite Due to the low carbon footprint, the inventive method allows new opportunities for the use of lignite.
  • carbon dioxide is released than in the known processes of coal gasification (see Figure 6).
  • a further advantage of the method according to the invention is the possibility of producing, on the one hand, highly pure carbon and, on the other hand, low-emission residual coal with a relatively high calorific value (about 26 GJ / t ashless).
  • Pollutants in the pyrolysis in the gas phase can be separated in the following from this by known methods.
  • the process according to the invention offers a long-term perspective for low carbon dioxide production of chemical products, liquid fuels, pure carbon as
  • the value of the invention is not the highest
  • Input materials carbon and hydrogen.
  • the carbon may e.g. by CO2 to
  • Lignite has approximately twice as high hydrogen content as hard coal in terms of carbon content.
  • lignite typically have a molar ratio of H to C-1, 2 (hence the formula CH1 2) and coal of only 0.6 (hence the formula CH 0, 6). If the brown coal is withdrawn half of its hydrogen, a residual carbon remains (bottom right in the figure), which has about a molar H to C ratio as hard coal.
  • the carbon footprint basically makes no difference whether the pure carbon and the low-emission residual coal are ultimately re-sequestered or whether they can replace other fossil raw materials in other processes and that these fossil raw materials can remain in the earth.
  • the pure carbon and the low-emission residual coal are ultimately re-sequestered or whether they can replace other fossil raw materials in other processes and that these fossil raw materials can remain in the earth.
  • the high purity carbon could be the high purity carbon
  • Imported coal can be used. For this, the not yet subsidized import coal could be left in the earth. Because only in the promotion and transport of
  • FIG. 2a This is illustrated by a comparison (FIG. 2a).
  • the principle should be clarified, so that no losses and no conversion energies are taken into account, but only the atomic balance.
  • Fuel such as diesel, consists mainly of molecules with the chemical formula (CH2) n.
  • CH2 chemical formula
  • 1 mol of CH 2 should now be prepared from CH 2 O, 0.3, in comparison once by the process according to the invention and once by coal gasification:
  • Atmosphere be withdrawn.
  • the carbon footprint value for electric current corresponds to 0.30 t C02 / MWh e i the expected value, which was calculated by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Berlin 2007 (J. Nitsch, Renewable Energy Saving Strategy - Leistudie 2007)
  • 20.48 tons of wet brown coal are used, from which 1.00 tons of gasoline are produced in a methanol to gasoline (MTG) process, 0.57 tons of pyrolysis coke and 5.94 tons of residual coal.
  • MTG methanol to gasoline
  • the pyrolysis coke and the residual coal correspond to 4.30 t hard coal units. This produces 1, 23 t of carbon dioxide.
  • refinery of 1, 09 t of crude oil produces 1, 00 t of gasoline. This fall with the comparative provision of 4.30 t
  • the process according to the invention also opens up the possibility of excess current
  • the carbonization reactor 5 In the carbonization reactor 5 is a coal bed, which moves due to gravity from top to bottom. Since the migrating coal is simultaneously fluidized by flowing gas, the carbon bed is a fluidized bed. Countercurrent to the downwardly moving coal, it flows against a recycle gas. This enters the carbonization reactor 5 at its lower part, heats up in the flow, wherein it cools the exiting residual carbon. At the upper part of the carbonization reactor 5, the hot recycle gas, which now also contains the volatile components, heats the incoming charge coal, cooling itself to such an extent (see FIG. 4b, 239 ° C.) that no appreciable amounts of volatile components condense out.
  • a carbonization process which can also be referred to as a distillation process, instead.
  • a carbonization process which can also be referred to as a distillation process, instead.
  • 59 kWh of electrical energy are supplied to the smoldering process.
  • the volatiles are expelled from the coal. This produces 290.2 kg low-emission
  • This residual coal is removed via the residual coal discharge 6 from the carbonization reactor 5.
  • the residual coal can be used for the substitution of hard coal or dried lignite.
  • the smoldering process takes place in the carbonization reactor 5 under exclusion of air and without
  • the smoldering process produces 151, 9 kg of carbonization gas.
  • This consists of hydrogen, methane, higher hydrocarbons such as BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes), carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen,
  • the carbonization gas is removed together with the recycle gas (349.7 kg) via the carbonization line 7. Of these, 215.8 kg are diverted and after drying to give 46.8 kg of carbon monoxide, recycled as recycle gas (168.9 kg) back into the lower part of the carbonization reactor 5. 133.9 kg of carbonization are passed directly into the pyrolysis reactor 8 at a pressure of 5 bar without cooling or other treatment.
  • the carbon black condensate is separated in a phase separator into 28.8 kg of condensate water containing carbon dioxide and ammonia and 18.0 kg of organic condensate consisting of higher hydrocarbons.
  • the organic condensate is fed into the pyrolysis reactor 8 together with the carbonization gas.
  • the pyrolysis reactor 8 is a heat transfer material, which consists in a variant of the method of ceramic balls and is used for heat integration.
  • the supplied carbonization gases are thermally at a temperature of 1400 ° C and a pressure of 5 bar in a second stage of the process
  • the methane and the higher hydrocarbons such as BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes) and tar, are decomposed into hydrogen and carbon.
  • Ammonia contained in carbonization gas is also decomposed into nitrogen and hydrogen. Since the carbonization gas also contains oxygen-containing components such as H 2 0 and CO 2 , gasification and reforming reactions take place in the pyrolysis reactor.
  • This carbon is now in a highly purified form as a pyrolysis coke. It is a high-quality product that can replace refinery petroleum coke and be used, for example, for electrode production. It is removed via the carbon line 1 1 from the pyrolysis reactor 8.
  • the heat transfer material moves by gravity from top to bottom. It is being circulated.
  • the carbonization gas coming from the carbonization reactor 5 is passed into the lower part of the pyrolysis reactor 8 and flows upwards in this in countercurrent to the heat transfer material. Since that in the upper part of the
  • Pyrolysis reactor 8 abandoned heat transfer material is relatively cold, the present after the pyrolysis gas mixture cools and thereby heats the heat exchange
  • Pyrolysis reactor 8 exits through the carbon line 9, still hot. He has one
  • Possibility of heat supply is to burn a part of the reactants with pure oxygen.
  • the heat transfer material used in the pyrolysis consists not of ceramic balls, but of a carbon-rich granules, e.g. consists of pyrolysis and is recycled. This 235 kg pyrolysis are recycled.
  • This pyrolysis coke forms in the pyrolysis reactor 8 a coke bed, which is designed as a moving or fluidized bed. The pyrolysis coke is charged at the top of the pyrolysis reactor 8 and moves downwards during pyrolysis due to gravity. The carbonization gas, which at the lower part of the
  • Pyrolysis reactor 8 is abandoned, flows upwards. It will be up to
  • Decomposition temperature of the hydrocarbons heated. After reaching the
  • the pyrolysis coke consists of a pure and high-quality carbon. It is removed via the carbon line 9 from the pyrolysis reactor 8. This will be 28.1 kg
  • the heat of the hot pyrolysis coke is used to dry the feed coal in the dryer 2.
  • the present in the second stage after the pyrolysis gas mixture contains mainly hydrogen, carbon monoxide, ammonia, water vapor, hydrogen sulfide, residual methane and other pollutants, such as mercury u. Like. 137.8 kg of this gas mixture are compressed to about 71 bar and then with a temperature of 190 ° C over the
  • Synthesis gas is the starting material for syntheses for the production of various organic products, such as methanol, dimethyl ether, gasoline and diesel via Fischer / Tschopsch synthesis.
  • Carbon dioxide are passed a total of 150.8 kg of synthesis gas in the synthesis reactor 14.
  • the synthesis products such as methanol, dimethyl ether, gasoline and diesel, are led away from the synthesis reactor 14 through the product line 16.

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Abstract

The invention relates to a method for the parallel production of synthesis gas, carbon, and a residual coal of a feed coal having a molar H to C ratio in the water- and ash-free coal of greater than 0.6, characterized in that in a first step, at least a part of the volatile constituents of the feed coal are thermally expelled from the feed coal at temperatures of 500 to 1000 °C. Subsequently, in a second step, said volatile constituents are thermally converted to synthesis gas and carbon at temperatures of 1000 to 1800 °C. Both reaction products of the second step are discharged from the reactor, wherein the conversion of the second step is carried out as sub-stoichiometric reforming and thermal decomposition.

Description

Verfahren zur parallelen Erzeugung von Synthesegas, Kohlenstoff und schadstoffarmer Restkohle aus Braunkohle  Process for the parallel production of synthesis gas, carbon and low-emission residual coal from lignite
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine chemische Nutzung von Kohlen, insbesondere Braunkohlen, mit einem geringeren Carbon Footprint (Kohlendioxidausstoß)als im Stand der Technik. Die derzeitigen Verfahren zur chemischen Nutzung der Braunkohle, z.B. The present invention involves chemical utilization of coal, particularly lignite, with a lower carbon footprint than in the prior art. The current processes for the chemical use of lignite, e.g.
Kohlevergasung, weisen einen hohen Carbon Footprint auf. So setzt die Herstellung von Wasserstoff aus Kohle via Kohlenvergasung etwa doppelt so viel Kohlendioxid frei wie die Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas. Coal gasification, have a high carbon footprint. The production of hydrogen from coal via coal gasification releases about twice as much carbon dioxide as the production of hydrogen from natural gas.
Mit der vorliegenden Erfindung soll es ermöglicht werden, parallel aus sogenannter minderwertiger Kohle mit einem geringen Heizwert, z.B. Braunkohle, ein The present invention is intended to make it possible, in parallel, to produce so-called inferior coal having a low calorific value, e.g. Brown coal, a
• Synthesegas zur Herstellung von organischen Produkten, wie z.B. Methanol, Synthesis gas for the production of organic products, e.g. methanol,
Dimethylether, Benzin oder Fischer/T ropsch-Diesel sowie  Dimethyl ether, gasoline or Fischer / Tschopp diesel as well
• hochreinen Kohlenstoff, der Raffinerie-Petrolkoks ersetzen kann und eine • High purity carbon that can replace refinery petroleum coke and one
• Kohle, die gegenüber der Ausgangskohle wesentlich weniger Schadstoffe, wie z.B. • Coal which, compared to the starting coal, has substantially less pollutants, e.g.
Schwefel oder Quecksilber, enthält zu erzeugen. Ferner soll dieser erfindungsgemäße Prozess einen in Summe auf die  Sulfur or mercury, to generate. Furthermore, this process according to the invention is intended to sum up to the
Produkte bezogenen geringeren Carbon Footprint aufweisen als die Kombination der bekannten Verfahren zur Herstellung der Produkte Wasserstoff, Kohlenstoff und Kohle, wie z.B. die Kohlevergasung und die Methandampfreformierung zur Herstellung von Wasserstoff, und die Ölraffination zur Herstellung von (Pet-)Coke. Der Carbon Footprint des Products have a lower carbon footprint than the combination of the known processes for the preparation of the products hydrogen, carbon and carbon, such as e.g. coal gasification and methane steam reforming to produce hydrogen, and oil refining to produce (pet) coke. The carbon footprint of
erfindungsgemäßen Verfahrens soll dabei zumindest nicht größer sein als wenn diese Produkte aus Erdöl oder Erdgas hergestellt werden. The inventive method should not be greater than when these products are made from petroleum or natural gas.
Kohle ist ein Naturprodukt mit stark unterschiedlicher Zusammensetzung. In einem Coal is a natural product with a very different composition. In one
Übersichtsartikel von D. Riedl in„deutscher-steinkohlenbergbau.de/site/- bildungsmedien/kohleheft.pdf werden folgende Bereiche für die chemische Reviews by D. Riedl in "deutsche-steinkohlenbergbau.de/site/- bildungsmedien / kohleheft.pdf" are the following areas for the chemical
Zusammensetzung für Braunkohle angegeben: Kohlenstoff von 65 - 75 Gew%, Wasserstoff von 8 - 5,5 Gew%, Sauerstoff von 30 - 12 Gew%, Flüchtige Bestandteile von 60 - 43 Gew% und Heizwert von 7 bis 13 MJ/kg. Der Bundesverband Braunkohle DEBRIV gibt in Lignite composition indicated: carbon of 65-75% by weight, hydrogen of 8-5.5% by weight, oxygen of 30-12% by weight, volatiles of 60-43% by weight and calorific value of 7-13 MJ / kg. The Federal Association brown coal DEBRIV gives in
„www.braunkohle.de/4-0-Zahlen-und-Fakten.html" folgende weitere Bereiche für die "Www.braunkohle.de/4-0-Zahlen-und-Fakten.html" the following further areas for the
Deutsche Braunkohle an: Aschegehalt von 2,5 - 20 Gew%, Wasserhalt von 40 - 60 Gew% und Schwefelgehalt von 0,15 - 3,5 Gew%. German lignite: ash content of 2.5 - 20 wt%, water content of 40 - 60 wt% and sulfur content of 0.15 - 3.5 wt%.
Derzeitig wird die Braunkohle vor allem für die Erzeugung von Strom genutzt. Dabei wird die Braunkohle verbrannt, wobei das klimaschädliche Kohlendioxid entsteht. Chemisch wird die Braunkohle via Vergasung und Hydrierung zur Herstellung von Kraftstoffen, via Verschwelung und Extraktion als Rohstoff für die Chemie, via Verkokung für die Currently, lignite is used primarily for electricity generation. The lignite is burned, creating the climate-damaging carbon dioxide. Chemically, the Lignite via gasification and hydrogenation for the production of fuels, via charring and extraction as raw material for the chemistry, via coking for the
Eisenherstellung und via Kalzination zur Herstellung hochporöser Kohlen genutzt. Die chemische Nutzung der Braunkohle ist jedoch in den letzten Jahren aus Kostengründen in den Hintergrund getreten. Die erdölbasierte Gewinnung der vormals aus Kohlen Iron production and via calcination used for the production of highly porous coals. The chemical use of lignite has, however, in recent years for reasons of cost in the background. The petroleum-based extraction of the former from coal
gewonnenen Produktpalette von Benzin über Wachse und Teere bis hin zum Teerkoks ist kostengünstiger, da z.B. die Handhabung von Flüssigkeiten leichter ist als die von The product range from gasoline to waxes and tars to tar coke is more cost-effective since, for example, the handling of liquids is easier than that of
Feststoffen. Die Nutzung der Braunkohle als Chemierohstoff wird gegenwärtig noch unter vielen Solids. The use of lignite as a chemical raw material is currently still among many
Vorbehalten gesehen, u. a. auf Grund des relativ hohen Carbon Footprints der etablierten Verfahren. Daher besteht derzeit ein hoher Bedarf an Verfahren, die einen geringeren Carbon Footprint aufweisen. In der Zukunft wird einerseits auf Grund der Nutzung der Windkraft und der Sonnenenergie mit einem Rückgang der Preise für den elektrischen Strom zu rechnen sein und andererseits werden die Erdöl- und Erdgasvorräte in absehbarer Zeit spürbar knapper, so dass diese Rohstoffe dann nur noch bedingt als Chemie- und  Reserved, seen & a. due to the relatively high carbon footprint of established methods. Therefore, there is currently a great need for methods that have a lower carbon footprint. In the future, on the one hand, due to the use of wind power and solar energy, a decline in the price of electricity will be expected and, on the other hand, the oil and gas reserves will become noticeably shorter in the foreseeable future, so that these raw materials will only be of limited use as chemicals - and
Energierohstoffe zur Verfügung stehen. Länder wie z.B. Deutschland, Polen, Russland, China und USA haben große Kohlevorkommen. Ferner sind für einige dieser Länder Erdöl und Erdgas teure Importprodukte. Energy resources are available. Countries such as Germany, Poland, Russia, China and the US have large coal deposits. Furthermore, for some of these countries, oil and gas are expensive import products.
Um die Kohle als Rohstoff für die Chemie nutzbar zu machen, werden bislang folgende Verfahren beschrieben und teilweise kombiniert: Kohlevergasung, Kohleverschwelung und Kohleverkokung. In der DE 1 1 2010 003 184 T5 wird ein Verfahren zum Vergasen eines kohlenstoffhaltigen Materials beschrieben, bei dem das kohlenstoffhaltige Material mit Wasserdampf in In order to make use of coal as a raw material for the chemical industry, so far the following processes are described and partly combined: coal gasification, coal fumigation and coal coking. In DE 1 1 2010 003 184 T5 a method for gasifying a carbonaceous material is described in which the carbonaceous material with water vapor in
Gegenwart eines Katalysators bei 650 bis 700 °C unter einem Druck von 35 bar reagiert. Das erzeugte Gasgemisch enthält neben Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Wasser auch Methan, das thermisch in einer zweiten Stufe in Wasserstoff und Kohlenstoff zersetzt wird. Der erzeugte Kohlenstoff wird in die Vergasung zurückgeführt. Das erzeugte Gas kann nach einer Reinigung als Synthesegas zur Methanolherstellung oder Fischer- Tropsch-Synthese genutzt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Notwendigkeit eines Katalysators und hoher Drücke in der Vergasungsreaktion, die in der Regel hohe Investitionskosten nach sich ziehen Es besteht die Gefahr, dass sich der erzeugte Presence of a catalyst at 650 to 700 ° C under a pressure of 35 bar. The generated gas mixture contains carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and water as well as methane, which is thermally decomposed in a second stage into hydrogen and carbon. The generated carbon is returned to the gasification. The generated gas can be used after purification as a synthesis gas for methanol production or Fischer-Tropsch synthesis. A disadvantage of this method is the need for a catalyst and high pressures in the gasification reaction, which usually entail high investment costs. There is a risk that the generated
Kohlenstoff auf den Katalysator absetzt und ihn dadurch deaktiviert. Carbon deposits on the catalyst and thus deactivates it.
Aus der DE 2 553 760 B2 ist ein Verfahren zur Schwelung von körniger Kohle zur From DE 2 553 760 B2 a process for the carbonization of granular coal for
Gewinnung von Schwelkoks, Schwelgas und Nebenprodukten bekannt, bei dem die eingesetzte Kohle vorgetrocknet, auf ca. 300 °C vorerhitzt und nachfolgend in einem Recovery of Schwelkoks, carbonization and by-products known in which the coal used pre-dried, preheated to about 300 ° C and then in a
Wirbelbett bei ca. 600 °C geschwelt wird. Ein Teil des dabei entstandenen Schwelgases wird aus dem Prozess abgezogen, von dem mitgeführten Koksstaub befreit, zu einer Fluidized bed at about 600 ° C is geschwelt. Part of the resulting carbonization gas is withdrawn from the process, freed from the entrained coke dust, to a
Gasbehandlungsanlage geführt, in der die Teerkondensation und die Gasreinigung durchgeführt werden. Das abgeführte Schwelgas wird als Heizgas verwendet. Der andere Teil des entstandenen Schwelgases wird zum Erwärmen eines Abgasstromes, der zum Vorerhitzen der eingesetzten Kohle dient, genutzt und anschließend in das Wirbelbett zurückgeführt. Der Schwelkoks wird in einem Enderhitzer auf eine über der Gas treatment plant performed in which the tar condensation and gas purification are performed. The discharged carbonization gas is used as heating gas. The other Part of the resulting carbonization is used for heating an exhaust gas stream, which serves for preheating the coal used, and then returned to the fluidized bed. The coke is in an Enderhitzer on a over the
Schweltemperatur liegende Enderhitzungstemperatur von ca. 750 °C erhitzt und danach aus dem Prozess entfernt. Das bei der Enderhitzung anfallende Abgas wird zum Vorerhitzen der zu schwelenden Kohle genutzt. Das hergestellte Teeröl kann bei der Herstellung von Naphthalin, Anthracen oder Phenanthren eingesetzt werden. In diesem einstufigen 750 ° C and then removed from the process. The exhaust gas produced during the final heating is used to pre-heat the coal to be smoldered. The produced tar oil can be used in the production of naphthalene, anthracene or phenanthrene. In this single-stage
Verfahren wird weder Synthesegas noch Kohlenstoff erzeugt. Weiterhin ist aus der DE 2 825 691 A1 ein Verfahren zur Herstellung von geformten Koks bekannt, bei dem ein Gemisch aus Feinkohle, Grus und nicht aus Koks bestehenden Agglomeraten in einem Ofen nach unten bewegt wird und das Gemisch in einem Process is generated neither syngas nor carbon. Furthermore, DE 2 825 691 A1 discloses a process for the production of shaped coke in which a mixture of fine coal, grass and non-coke agglomerates is moved downwards in an oven and the mixture in one
Vorheizabschnitt auf eine Temperatur von 370 bis 540 °C aufgeheizt wird, um Grus zu bilden und die Abgabe der flüchtigen Bestandteile der Kohle einzuleiten. Die Temperatur des vorgeheizten Kohlegemisches wird innerhalb eines Ofenabschnittes zur Abgabe flüchtiger Stoffe weiter auf 650 bis 1300 °C erhöht, um diskrete Koksagglomerate mit plastischer Konsistenz zu bilden. Die Koksagglomerate werden anschließend mit Kohlendioxidgasen in einen Bereich von 315 bis 40 °C abgekühlt, um die Koksagglomerate zu härten. Danach werden diese gemeinsam mit dem Grus aus dem Ofen entfernt, die Koksagglomerate und der Grus durch Sieben voneinander getrennt und der Grus in den Ofenkreislauf Preheating section is heated to a temperature of 370 to 540 ° C to form Grus and initiate the release of the volatiles of the coal. The temperature of the preheated coal mixture is further increased within a devolatilizer furnace section to 650-1300 ° C to form discrete coke agglomerates of plastic consistency. The coke agglomerates are then cooled with carbon dioxide gases to a range of 315 to 40 ° C to cure the coke agglomerates. Then they are removed together with the grus from the oven, the coke agglomerates and the grus separated by sieves and the Grus in the oven cycle
zurückgeführt. Die bei dem Erwärmen der Kohle bzw. des Kokses frei werdenden Gase umfassen an ihrer Abgabestelle die flüchtigen Kohlebestandteile, Kohlendioxid und unterschiedliche Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxid je nach Gastemperatur. Eine chemische Nutzung der flüchtigen Kohlebestandteile wird nicht offenbart. Die parallele Erzeugung von hochreinem Kohlenstoff ist mit diesem einstufigen Verfahren nicht möglich. recycled. The released in the heating of the coal or coke gases comprise at its discharge point, the volatile carbon constituents, carbon dioxide and different proportions of hydrogen and carbon monoxide depending on the gas temperature. Chemical use of the volatile carbon components is not disclosed. The parallel production of high-purity carbon is not possible with this one-step process.
Die EP 80 549 A2 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von Pyrolysegas aus brennbaren Materialien, z.B. Kunststoffabfällen, die zerkleinert und nachfolgend in einem EP 80 549 A2 discloses a process for obtaining pyrolysis gas from combustible materials, e.g. Plastic waste, crushed and subsequently in one
Verschwelungsreaktor bei 400 bis 600 °C verschwelt werden. Die sich dabei entwickelnden Schwelgase werden durch eine im Heizbereich des Verschwelungsreaktors angeordnete Crackvorrichtung geleitet und die größeren Gasmoleküle in dieser ohne Teilverbrennung bei Temperaturen von 1000 bis 1200 °C gekrackt, d.h. in kleinere Gasmoleküle gespalten, ohne dass Methan gespalten wird und somit ohne dass Feststoff ausfällt. Die dabei gebildeten Crack-Gase werden anschließend gekühlt und in einen Nasswäscher geführt, in dem die Verunreinigungen abgeschieden werden. Diese Crack-Gase werden anschließend energetisch genutzt, z.B. in einem Kraftwerk. In diesem einstufigen Verfahren ist die gleichzeitige Erzeugung von Synthesegas und hochreinem Kohlenstoff nicht möglich. Verschwelungsreaktor be verschwelt at 400 to 600 ° C. The resulting carbonization gases are passed through a arranged in the heating of the Verschwelungsreaktors cracker and the larger gas molecules cracked in this without partial combustion at temperatures of 1000 to 1200 ° C, i. cleaved into smaller gas molecules without cleaving methane and thus without precipitating solid. The resulting cracking gases are then cooled and fed into a wet scrubber, where the impurities are deposited. These cracked gases are then energetically utilized, e.g. in a power plant. In this one-step process, the simultaneous production of syngas and high purity carbon is not possible.
Aus der DE 10 201 1 1 13 504 A1 ist ein Verfahren zur chemischen Verwertung von From DE 10 201 1 1 13 504 A1 discloses a method for the chemical recovery of
Kokereigas bekannt. In einem Koksofen wird aus Kohle Koks erzeugt, dabei wird in demKokereigas known. In a coke oven coal is produced from coke, it is in the
Koksofen ein Teil der flüchtigen Kohlenwasserstoffe in der Kohle durch das Erhitzen auf eine Temperatur von 900 bis 1400 °C pyrolysiert. Der Rest der flüchtigen Komponenten wird freigesetzt und abgesaugt. Hierbei entstehen der im Wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Koks und ein Kokereigas. Das Kokereigas enthält Wasserstoff, Methan, Coke oven part of the volatile hydrocarbons in the coal by heating to a temperature of 900 to 1400 ° C pyrolyzed. The remainder of the volatile components are released and filtered off with suction. This is essentially made of carbon existing coke and a coke oven gas. The coke oven gas contains hydrogen, methane,
Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Schwefel und höhere Kohlenwasserstoffe. Dieses Gas wird in ein Verfahren zur Bildung von Methanol und/oder Dimethylether geführt. Auch mit diesem Verfahren ist die Erzeugung von separat von der Kohle, bzw. dem Koks vorliegendem hochreinen Kohlenstoff nicht möglich. Nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur and higher hydrocarbons. This gas is fed into a process for the formation of methanol and / or dimethyl ether. Even with this method, the production of separately from the coal, or the coke present high-purity carbon is not possible.
In der DE 10 201 1 106 645 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung und/oder Härtung von Koks beschrieben, bei dem ein Kohlenwasserstoffe enthaltendes Gas, vorzugsweise Erdgas, in einen Reaktionsraum eingeleitet. Dort wird es in Gegenwart eines kohlenstoffreichen DE 10 201 1 106 645 A1 describes a process for producing and / or curing coke, in which a hydrocarbon-containing gas, preferably natural gas, is introduced into a reaction space. There it will be in the presence of a carbon-rich
Granulates, z.B. Kohle, thermisch in Kohlenstoff und Wasserstoff zersetzt. Der Granules, e.g. Coal thermally decomposed into carbon and hydrogen. Of the
abgeschiedene Kohlenstoff lagert sich zum überwiegenden Teil an das kohlenstoffreiche Granulat an. In dieser Schrift wird die Kohle als Inertmaterial zur Ablagerung des thermisch produzierten Kohlenstoffs genutzt. Eine Nutzbarmachung der Kohle als chemischer Rohstoff wird nicht beschrieben. Es gibt keinen Hinweis, dass das einzusetzende Gas ein Kohle- Schwelgas oder Kohle-Verdampfungsgas wäre. Deposited carbon deposits for the most part on the carbon-rich granules. In this document, the coal is used as an inert material for the deposition of thermally produced carbon. A utilization of coal as a chemical raw material is not described. There is no indication that the gas to be used would be coal carbonization or coal vaporization gas.
EP 2 987 769 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem aus Kohlenwasserstoff durch thermische Zersetzung Kohlenstoff und Wasserstoff erhalten werden, wobei zumindest ein Teil des erhaltenen Kohlenstoffs in einem Kohlekraftwerk zur Stromproduktion oxidiert und zumindest ein Teil des erhaltenen Wasserstoffs mit EP 2 987 769 describes a process for the production of synthesis gas in which carbon and hydrogen are obtained from hydrocarbon by thermal decomposition, wherein at least a part of the carbon obtained in a coal power plant for electricity production oxidizes and at least part of the hydrogen obtained with
Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid und Wasser umgesetzt wird. Wiederum wird eine Carbon dioxide is converted to carbon monoxide and water. Again, one will
Nutzbarmachung von Kohle als chemischer Rohstoff nicht beschrieben. Es gibt keinen Hinweis, dass das in der thermischen Zersetzung einzusetzende Gas ein Kohle-Schwelgas oder Kohle-Verdampfungsgas wäre. Utilization of coal as a chemical raw material not described. There is no suggestion that the gas to be used in the thermal decomposition would be coal carbonization gas or coal vaporization gas.
In dem Buch von Jörg Schmalfeld, Die Veredlung und Umwandlung von Kohle, Technologien und Projekte 1970 bis 2000 in Deutschland, Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., S. 37, wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ungereinigtes Kokereigas in den Reaktor einer Kokstrockenkühlung-Anlage eingeleitet wird. Bei In the book by Jörg Schmalfeld, The refinement and conversion of coal, technologies and projects 1970 to 2000 in Germany, German scientific society for oil, natural gas and coal registered association, P. 37, a procedure is described, with the uncleaned Kokereigas in the reactor a Kokstrockenkühlung system is initiated. at
Temperaturen von 900 °C werden die höheren Kohlenwasserstoffe, jedoch nicht Methan und Benzol, am heißen Koks gespalten. Das den Reaktor verlassende gereinigte Gas ist frei von teerigen Bestandteilen. Der bei der Rohgasspaltung ausgeschiedene Kohlenstoff lagert sich am Koks ab. Danach wird das Kokereigas gekühlt, wobei es in einem Dampfkessel seine Wärme abgibt, und nachfolgend teilweise zu dem Reaktor zurückgeführt. Der andere Teil wird als gereinigtes Kokereigas abgegeben. Mit diesem Verfahren gelingt es nicht, das in dem Kokereigas enthaltene Methan und Benzol zu spalten und chemisch zu nutzen, z.B. als Synthesegas zur Herstellung organischer Produkte. Ferner gelingt es nicht, separat von der Kohle, bzw. dem Koks, vorliegenden hochreinen Kohlenstoff herzustellen. In der WO 2014/95661 wird die Verwertung von kohlenstoffdioxid- und/oder Temperatures of 900 ° C, the higher hydrocarbons, but not methane and benzene, are split on the hot coke. The purified gas leaving the reactor is free of tarry components. The carbon excreted in the crude gas fission deposits on the coke. Thereafter, the coke oven gas is cooled, giving off its heat in a steam boiler, and subsequently partially returned to the reactor. The other part is delivered as a cleaned coke oven gas. With this method, it is not possible to cleave and chemically utilize the methane and benzene contained in the coking gas, e.g. as synthesis gas for the production of organic products. Furthermore, it is not possible to produce high-purity carbon present separately from the coal or the coke. In WO 2014/95661, the utilization of carbon dioxide and / or
wasserstoffhaltigen Kuppelgase, wie bzw. Gichtgas aus einem Hochofen, Konvertergas aus der Rohstahlerzeugung und/oder Koksofengas aus der Pyrolyse von Steinkohle, Hydrogen-containing dome gases, such as or blast furnace gas from a blast furnace, converter gas from the crude steel production and / or coke oven gas from the pyrolysis of hard coal,
beschrieben. Diese Gase werden thermisch zu Synthesegas und ggf. Kohlenstoff umgesetzt, der sich auf einem vorgelegten Träger anlagert. Es findet sich kein Hinweis, dass das einzusetzende Gas ein Kohle-Schwelgas oder Kohle-Verdampfungsgas wäre. described. These gases are thermally converted to synthesis gas and possibly carbon, which attaches to a submitted carrier. There is no indication that the gas to be used would be coal carbonization or coal vaporization gas.
US 4,039,392 beschreibt die Verschwelung von Kohle zur Gewinnung von Aromaten, Teersäure und elementaren Schwefel. Die nach der Verschwelung anfallende Restkohle wird verbrannt. Es wird keine zweite thermische Behandlung der Schwelgase beschrieben, die Synthesegas und festen Kohlenstoff liefern könnte. US 4,039,392 describes the charring of coal for the production of aromatics, tar acid and elemental sulfur. The charcoal produced after smoldering is burned. There is no description of a second thermal treatment of the carbonization gases that could provide synthesis gas and solid carbon.
WO 2013/2691 beschreibt eine Kombination von Vergasung und Pyrolyse von WO 2013/2691 describes a combination of gasification and pyrolysis of
Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten. Das in der Vergasung des Substance mixtures containing organic components. That in the gasification of the
Stoffgemischs entstandene Rohgas wird in einen Crackreaktor eingeleitet. Im Crackreaktor wird das Rohgas in Anwesenheit von Pyrolysekokses und der Asche aus der Vergasung mit Hilfe von Wasserdampf in Synthesegas umsetzt. Der Pyrolysekoks wird in einem dritten Schritt mit Luft verbrannt. Es wird demnach kein Pyrolysekoks ausgetragen.  Substance mixture resulting raw gas is introduced into a cracking reactor. In the cracking reactor, the raw gas is reacted in the presence of pyrolysis coke and the ash from the gasification with the aid of steam in synthesis gas. The pyrolysis coke is burned in a third step with air. Accordingly, no pyrolysis coke is discharged.
Im genannten Stand der Technik werden die Restkohle und die aus dieser gewonnenen flüchtigen Bestandteile teilweise thermisch verwertet, so dass der Carbon Footprint, analog einer Verbrennung der Einsatzkohle, hoch ist. Lediglich bei einer chemischen Verwertung der flüchtigen Bestandteile, wie z.B. in DE 10 201 1 1 13 504 A1 offenbart, wird ein reduzierter Carbon Footrpint erreicht. In the cited prior art, the residual coal and the volatile constituents obtained from it are partially thermally utilized, so that the carbon footprint is high, analogous to combustion of the feed coal. Only in the case of chemical utilization of the volatiles, e.g. DE 10 201 1 1 13 504 A1 discloses a reduced carbon footprint.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, aus den großen Vorkommen minderwertiger Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad, insbesondere mit einem molaren H- zu C-Verhältnis in der wasser- und asche-freien Kohle größer 0,6, z.B. Braunkohle, drei hochwertige, separat vorliegende Produkte wie The invention is based on the object to develop a method that makes it possible from the large incidence of low-rank coal with low Kohlenohlungsgrad, especially with a molar H to C ratio in the water and ash-free coal greater than 0.6 , eg Brown coal, three high quality, separately available products such as
Synthesegas, hochreinen Kohlenstoff und eine schadstoffarme Restkohle mit in Summe auf die Produkte bezogen geringeren Carbon Footprint (Kohlendioxidausstoß) zu erzeugen als mit der Kombination der bekannten Verfahren wie z.B. Kohlevergasung, Kohleverkokung, Methansteamreforming, Ölraffination. Das Synthesegas kann beispielsweise zur Herstellung organischer Produkte, wie Methanol, Dimethylether, Benzin oder Diesel, verwendet werden. Der hochreine Kohlenstoff kann beispielsweise Raffinerie-Petrolkoks ersetzen.  Synthesis gas, high-purity carbon and a low-emission residual carbon with a total on the products related lower carbon footprint (carbon dioxide emissions) to produce than with the combination of known methods such. Coal gasification, coal coking, methane team reforming, oil refining. The synthesis gas can be used for example for the production of organic products, such as methanol, dimethyl ether, gasoline or diesel. The high-purity carbon can replace, for example, refinery petroleum coke.
Der Inkohlungsgrad charakterisiert die chemische und physikalische Eigenschaften der Kohlen wie Wassergehalt, Kohlenstoffgehalt, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, Brennwert und Vitrinit-Reflexion (Maceral). Allgemein gilt, dass der Inkohlungsgrad umso höher ist, je höher der Kohlenstoffanteil in der wasser- und asche-freien Kohle ist. The degree of coalification characterizes the chemical and physical properties of the coals such as water content, carbon content, volatile content, calorific value and vitreous reflection (Maceral). In general, the higher the carbon content in the water- and ash-free coal, the higher the rank of coal will be.
„Hochreiner Kohlenstoff" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Kohlenstoffanteil größer als 99,9 mol-% ist, bevorzugt größer als 99,95 mol.-%. "High purity carbon" in this context means that the carbon content is greater than 99.9 mol%, preferably greater than 99.95 mol%.
Es soll insbesondere ermöglicht werden, flüssige Produkte wie Methanol, Dimethylether, Benzin oder Fischer/Tropsch-Diesel mit einem zumindest äquivalenten Carbon Footprint herzustellen als bei einer Herstellung aus Erdöl oder Erdgas. Somit könnte aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens die Importe von Erdöl oder Erdgas sowie von Steinkohle für die Stromherstellung reduziert werden. Die Steinkohleförderung wurde in den letzten Jahren in Deutschland sukzessive runter gefahren und soll bis 2018 vollkommen eingestellt werden. Da jedoch weiterhin Bedarf an Steinkohle besteht, wird derzeit Steinkohle importiert. In particular, it is intended to make it possible to produce liquid products such as methanol, dimethyl ether, gasoline or Fischer / Tropsch diesel with an at least equivalent carbon footprint than when produced from crude oil or natural gas. Thus, due to the According to the invention, the imports of crude oil or natural gas and hard coal for the production of electricity can be reduced. Hard coal mining has been gradually reduced in recent years in Germany and is scheduled to be fully phased out by 2018. However, as there is still a need for hard coal, coal is currently being imported.
Technisch wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur parallelen Erzeugung von Synthesegas, Kohlenstoff und einer Restkohle aus einer Einsatzkohle mit einem molaren H- zu C-Verhältnis in der wasser- und asche-freien Kohle von größer 0,5, dadurch gelöst, dass in einer ersten Stufe mindestens ein Teil der flüchtigen Bestandteile der Einsatzkohle thermisch bei Temperaturen von 500 bis 1000°C aus der Einsatzkohle ausgetrieben werden und mindestens ein Teil dieser flüchtigen Bestandteile nachfolgend in einer zweiten Stufe thermisch bei Temperaturen von 1000 bis 1800°C zu Synthesegas und Kohlenstoff umgesetzt werden und beide Reaktionsprodukte der zweiten Stufe aus dem Reaktor ausgetragen werden, wobei die Umsetzung der zweiten Stufe als Technically, the object is achieved according to the invention with a process for the parallel production of synthesis gas, carbon and a residual coal from a charcoal with a molar H to C ratio in the water and ash-free coal of greater than 0.5, achieved in that a first stage at least a portion of the volatile constituents of the feed coal are thermally expelled from the feed coal at temperatures of 500 to 1000 ° C and at least a portion of these volatile constituents in a second stage thermally at temperatures of 1000 to 1800 ° C to synthesis gas and carbon reacted and both reaction products of the second stage are discharged from the reactor, wherein the reaction of the second stage as
unterstöchiometrische Reformierung und thermische Zersetzung durchgeführt wird. substoichiometric reforming and thermal decomposition is performed.
Die Temperaturen in der ersten Stufe können zwischen 400 und 1200°C betragen, vorteilhaft zwischen 600 und 900 °C, bevorzugt zwischen 600 und 800 °C, besonders bevorzugt zwischen 700 und 800°C, insbesondere ca. 750°C. Mit höherer Verschwelungstemperatur nimmt der Kohlenstoff-Gehalt des Schwelgases tendenziell ab und der Wasserstoff-Gehalt des Schwelgases tendenziell zu; der Sauerstoff-Gehalt des Schwelgases ist tendenziell temperaturunabhängig (siehe„Versuchsergebnisse der trockenen Destillation einer The temperatures in the first stage may be between 400 and 1200 ° C, advantageously between 600 and 900 ° C, preferably between 600 and 800 ° C, more preferably between 700 and 800 ° C, in particular about 750 ° C. With higher Verschwelungstemperatur the carbon content of the carbonization tends to decrease and the hydrogen content of the carbonization tends to increase; the oxygen content of the carbonization gas tends to be temperature independent (see "Experimental results of the dry distillation of a
Braunkohle bei verschiedenen Temperaturen" von A. Naumann nach Versuchen von W. Weber, Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 22, 1916, Seite 109). Brown coal at various temperatures "by A. Naumann after experiments by W. Weber, Journal of Electrochemistry, Vol. 22, 1916, page 109).
Bevorzugt beträgt der Druck in der ersten Stufe 1 bis 25 bar, bevorzugt 1 bis 5 bar, insbesondere 1 bis 2 bar. The pressure in the first stage is preferably 1 to 25 bar, preferably 1 to 5 bar, in particular 1 to 2 bar.
Vorteilhaft werden 10 bis 100 %, bevorzugt 30 bis 70 %, insbesondere 40 bis 60 %, der flüchtigen Bestandteile in Bezug auf die wasserfreie- und asche-freie Einsatzkohle ausgetrieben. Der Gehalt an anzutreibenden flüchtigen Bestandteilen kann durch den Temperatur- und Druckbereich eingestellt werden, sowie durch die Größe der Advantageously, 10 to 100%, preferably 30 to 70%, in particular 40 to 60%, of the volatile constituents expelled in relation to the anhydrous and ash-free feed coal. The content of volatiles to be driven can be adjusted by the temperature and pressure range, as well as the size of the
Einsatzkohlepartikel und den Grad der Vortrocknung der Einsatzkohle. Vorteilhaft weist die Einsatzkohle ein molares H- zu C-Verhältnis in der wasser- und aschefreien Kohle von größer 0,55 auf, bevorzugt größer als 0,6. Charcoal particles and the degree of predrying of the coal used. Advantageously, the feed coal has a molar H to C ratio in the water- and ash-free coal of greater than 0.55, preferably greater than 0.6.
Da der in der Einsatzkohle vorliegende Sauerstoff bei der Verschwelung unter Verbrauch von Wasserstoff vorwiegend Wasser bildet, kann die Einsatzkohle allgemein mit der Formel CHxOy = CHx-2y + y H20 mit: vorteilhaft x - 2y = 0,50 bis 0,75 angegeben werden. Bevorzugt liegt der„x - 2y"-Wert der Einsatzkohle bei 0,55 bis 0,7, insbesondere bei 0,6 bis 0,65. Besonders bevorzugt ist Weichbraunkohle mit einem„x - 2y"-Wert von = 0,64. Generell wird die höchste Ausbeute an flüchtigen Komponenten bei Kohlen mit dem höchsten„x - 2y"-Wert, d.h. z.B. Flammkohle mit x - 2y = 0,72, erzielt. Da Flammkohle jedoch deutlich teuer ist als z.B. Weichbraunkohle, liegt das wirtschaftliche Optimum vorteilhaft bei einem mittleren„x - 2y"-Wert. Vorteilhaft besitzt die Restkohle ein molares H:C-Verhältnis von 0,3 bis 0,8, bevorzugt von 0,4 bis 0,8, insbesondere von 0,5 bis 0,7. Since the oxygen present in the charcoal forms predominantly water in the smoldering with consumption of hydrogen, the charcoal can generally be given the formula CHxOy = CHx-2y + y H20 with: advantageously x - 2y = 0.50 to 0.75 are given. The "x-2y" value of the feed coal is preferably 0.55 to 0.7, in particular 0.6 to 0.65, and particularly preferred is lignite with an "x-2y" value of = 0.64. In general, the highest yield of volatile components is achieved for coals having the highest "x-2y" value, ie, for example, charcoal with x-2y = 0.72 However, since flame coal is significantly more expensive than eg lignite, the economic optimum is advantageous a mean "x - 2y" value. Advantageously, the residual coal has a molar H: C ratio of 0.3 to 0.8, preferably from 0.4 to 0.8, in particular from 0.5 to 0.7.
Der„x - 2y"-Wert der Restkohle beträgt ebenso vorteilhaft 0,1 bis 0,8, bevorzugt von 0,2 bis 0,7, insbesondere von 0,3 bis 0,6. Vorteilhaft ist der„x - 2y"-Wert der Restkohle um 10 bis 60%, bevorzugt um 30 bis 60% und insbesondere um 40 bis 50 % im Bezug auf den„x - 2y"- Wert der Einsatzkohle reduziert. The "x-2y" value of the residual carbon is likewise advantageously 0.1 to 0.8, preferably from 0.2 to 0.7, in particular from 0.3 to 0.6. Reduces the value of the residual coal by 10 to 60%, preferably by 30 to 60% and in particular by 40 to 50% with respect to the "x - 2y" value of the feed coal.
Als flüchtige Bestandteile, auch Schwelgase genannt, sind insbesondere Wasserstoff, Methan, schwere Kohlenwasserstoffe wie z.B. Braunkohleschwelteer, Kohlestoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid zu nennen. Aus Braunkohleschwelteer lassen sich insbesondere Benzin, Gelböl, Kreosotöl, Gasöl, Paraffinöl, Hartparaffin, Weichparaffin, Teerpech und Teerkoks gewinnen. As volatile constituents, also called carbonization gases, in particular hydrogen, methane, heavy hydrocarbons such as e.g. Brown coal smolder, carbon monoxide and carbon dioxide. In particular, gasoline, yellow oil, creosote oil, gas oil, paraffin oil, hard paraffin, soft paraffin, tar pitch and tar coke can be obtained from lignite smelters.
Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung des Ausgangsedukts„Einsatzkohle" sind die Produktausbeuten und -Zusammensetzungen stark von der Art der eingesetzten Kohlen abhängig und können ggf. erheblich variieren. Due to the different composition of the starting educt "Einsatzkohle" the product yields and compositions are highly dependent on the type of carbon used and may possibly vary considerably.
Neben der genannten bevorzugten Braunkohle, die genau genommen Weichbraunkohle ist, gibt es folgende andere mögliche Einsatzkohlen mit folgenden Zusammensetzungen In addition to the said preferred lignite, which is strictly speaking lignite, there are the following other possible carbons with the following compositions
(Wasser- und Asche-frei gerechnet): (Water and ash-free calculated):
c H O  c H O
mol-% mol-% mol- mol% mol% molar
Weichbraunkohle: CHl,20o,28 40,9 47,3 1 1 ,4 Lignite: CHl, 20o, 28 40,9 47,3 1 1, 4
Hartbraunkohle CHo,80o,14 50,2 42,2 7,2  Hard lignite CHo, 80o, 14 50.2 42.2 7.2
Flammkohle CHo,gOo,09 50,9 44,1 4,6  Charcoal CHo, gOo, 09 50.9 44.1 4.6
Gasflammkohle CHo,80o,08 52,9 42,7 4,0  Gas flame coal CHo, 80o, 08 52.9 42.7 4.0
Gaskohle CHo,60o,05 56,1 40,7 2,9  Gas coal CHo, 60o, 05 56.1 40.7 2.9
Fettkohle CHo,60o,03 59,7 38,0 1 ,9  Charcoal CHo, 60o, 03 59.7 38.0 1, 9
Vorteilhaft weist das Schwelgas nach der ersten Stufe folgende Zusammensetzung auf: Wasserstoff im Bereich von 30 bis 50 mol-% im Bezug auf die Gesamtmenge an Schwelgas, bevorzugt von 30 bis 45 mol-%, insbesondere 40 bis 45 mol-%; Methan im Bereich von 25 bis 15 mol-%, bevorzugt von 20 bis 25 mol%, schwere Kohlenwasserstoffe im Bereich von 4 bis 1 mol-%, bevorzugt von 3 bis 4 mol%, Kohlenmonoxid im Bereich von 10 bis 20 mol-%, bevorzugt von 10 bis 15 mol-%, Kohlenstoffdioxid im Bereich von 5 bis 15 mol-%, bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 mol-%. Advantageously, the carbonization gas after the first stage has the following composition: hydrogen in the range from 30 to 50 mol% with respect to the total amount of carbonization gas, preferably from 30 to 45 mol%, in particular from 40 to 45 mol%; Methane in the range from 25 to 15 mol%, preferably from 20 to 25 mol%, heavy hydrocarbons in the range from 4 to 1 mol%, preferably from 3 to 4 mol%, carbon monoxide in the range from 10 to 20 mol%, preferably from 10 to 15 mol%, carbon dioxide in the range from 5 to 15 mol%, preferably in the range from 5 to 10 mol%.
Der Sauerstoffgehalt des Schwelgases liegt vorteilhaft bei 1 bis 25 mol.-%, bevorzugt bei 2 bis 20 mol.-%, insbesondere bei 5 bis 15 mol.-%. The oxygen content of the carbonization gas is advantageously from 1 to 25 mol .-%, preferably from 2 to 20 mol .-%, in particular from 5 to 15 mol .-%.
Bevorzugt wird in der ersten Stufe weniger als 25 mol.-% Wasserdampft, im Bezug auf die ggf. vorgetrocknete Einsatzkohle, zugeführt, bevorzugt weniger als 10 mol.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 mol.-%; insbesondere wird in der ersten Stufe kein Wasserdampf zugegeben. In the first stage, less than 25 mol% of steam is preferably fed in relation to the optionally predried charge coal, preferably less than 10 mol%, particularly preferably less than 5 mol%; In particular, no water vapor is added in the first stage.
Ferner ist bevorzugt, dass in der ersten Stufe weniger als 10 mol.-% Sauerstoff, im Bezug auf die ggf. vorgetrocknete Einsatzkohle, zugeführt wird, bevorzugt weniger als 5 mol.-%; insbesondere wird in der ersten Stufe kein Sauerstoff zugegeben wird. Furthermore, it is preferred that in the first stage less than 10 mol% of oxygen, with respect to the optionally pre-dried feed coal, is fed, preferably less than 5 mol%; In particular, no oxygen is added in the first stage.
Vorteilhaft besteht die in der ersten Stufe eingesetzte Einsatzkohle aus vorgetrockneter Braunkohle, deren Wassergehalt nach der Trocknung bevorzugt zwischen 0 und 25 Gew.-% liegt, besonders bevorzugt zwischen 1 und 15 Gew-%, ganz besonders bevorzugt zwischen 2 bis 12 Gew-%, insbesondere zwischen 5 und 10 Gew-% liegt. Vorteilhaft wird eine Vortrocknung mit Hilfe einer Brüdenkompression durchgeführt, wie bei der Advantageously, the feed coal used in the first stage consists of predried lignite whose water content after drying is preferably between 0 and 25% by weight, more preferably between 1 and 15% by weight, most preferably between 2 and 12% by weight, in particular between 5 and 10% by weight. Pre-drying is advantageously carried out with the aid of a vapor compression, as in the
Wirbelschichttrocknung mit integrierter Abwärmenutzung, entwickelt von den Rheinischen Braunkohlewerken in Köln (siehe www.rwe.com/web/cms/mediablob/de/535344/.../Stand- der-Entwicklung.pdf). Durch die Verschwelung in der ersten Stufe wird die Einsatzkohle vorteilhaft in eine schadstoffarme Restkohle umgewandelt wird, die aschefrei einen Heizwert zwischen 22 und 28 MJ/kg aufweist, typisch sind 24 bis 26 MJ/kg. Die schadstoffarme Restkohle wird vorteilhaft aus dem Verschwelungsreaktor bzw. dem Reaktorbereich der Schwelung ausgetragen.  Fluidized bed drying with integrated waste heat recovery, developed by the Rheinische Braunkohlewerke in Cologne (see www.rwe.com/web/cms/mediablob/en/535344/.../Stand- der-Entwicklung.pdf). The smoldering in the first stage advantageously converts the char to a low-emission residual coal that has a calorific value between 22 and 28 MJ / kg ashless, typically 24 to 26 MJ / kg. The low-emission residual coal is advantageously discharged from the Verschwelungsreaktor or the reactor region of the carbonization.
Mit dieser Restkohle kann z.B. Importsteinkohle mit einem typischen Heizwert von 28 bis 30 MJ/kg oder getrocknete Braunkohle substituiert werden. Schadstoffarm bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Restkohle bezogen auf die anfängliche Schadstoffmenge mindestens 10 % weniger Schadstoffe, bevorzugt mindestens 30 % weniger, insbesondere mindestens 50 % weniger, als die Einsatzkohle enthält. With this residual carbon, e.g. Imported coal with a typical calorific value of 28 to 30 MJ / kg or dried lignite be substituted. Low-pollutant in this context means that the residual carbon based on the initial amount of pollutants contains at least 10% less pollutants, preferably at least 30% less, especially at least 50% less than the feed coal.
Enthalten z.B. 1000g Kohle anfänglich einen Schadstoffgehalt von 5 Gew-%, so sind das 1000 g x 0,05 = 50 g Schadstoffe. Wenn während der Verschwelung 30 % der anfänglich vorhandenen Schadstoffmenge aus der Einsatzkohle entweichen, enthält die Restkohle nur noch 50 g x 70% = 35 g Schadstoffe. Contain e.g. 1000g coal initially pollutant content of 5% by weight, so that is 1000 g x 0.05 = 50 g of pollutants. If 30% of the initially existing amount of pollutants escape from the coal during smoldering, the remaining coal contains only 50 g x 70% = 35 g pollutants.
Eine Zusammenfassung der Schadstoffe und deren Konzentrationen in Steinkohlen gibt eine „Analyse der Schwermetallströme in Steinkohleförderungen - Einfluss der Kohlesorte und des Lastzustandes" von O. Rentz und Ch. Martel, www.fachdokumente.lubw.- badenwürtemberg.de. Danach wurden in Steinkohlen die Schadstoffe As, Cd, Co, Cr, Cu, F, Hg, Mn, Ni. Pb, Sb, Se, V und Zn im ppm-Bereich nachgewiesen. Außerdem enthalten Braunkohlen immer auch bis zu einigen Gewichtsprozenten an Schwefel. Diese Schadstoffe gelangen heute zumindest zum Teil bei der Verstromung in Kohlekraftwerken in die A summary of pollutants and their concentrations in hard coal gives an "Analysis of heavy metal flows in hard coal mining - influence of coal species and of the load condition "by O. Rentz and Ch. Martel, www.fachdokumente.lubw.- badenwürtemberg.de After that, the pollutants As, Cd, Co, Cr, Cu, F, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb , Se, V and Zn are also found in the ppm range, and lignites always contain as much as a few percent by weight of sulfur, and these pollutants are now at least partially used in power plants in coal-fired power plants
Atmosphäre. The atmosphere.
Die erste Stufe, die Verschwelung, kann vorteilhaft in einem Drehrohrofen, Schachtofen Wirbelschicht- oder Wanderbettreaktor durchgeführt werden. Das Produktionsbett der ersten Stufe ist vorteilhaft ein Schüttbett aus der Einsatzkohle. The first stage, the smoldering, can advantageously be carried out in a rotary kiln, shaft furnace fluidized bed or moving bed reactor. The production bed of the first stage is advantageously a packed bed of the coal used.
Unter dem Begriff„Festbett" wird verstanden, wenn der feste Reaktorinhalt nicht fluidisiert ist und ruht; unter dem Begriff„Wanderbett", wenn der feste Reaktorinhalt nicht fluidisiert ist, sich aber durch den Reaktor bewegt, und unter dem Begriff„Wirbelbett", wenn der feste Reaktorinhalt zumindest in der Reaktionszone zumindest teilweise fluidisiert ist und sich durch den Reaktor bewegt. Unter dem Begriff„Wirbelbett" wird somit auch ein The term "fixed bed" is understood to mean when the solid reactor contents are not fluidized and at rest, the term "moving bed" when the solid reactor contents are not fluidized but move through the reactor, and the term "fluidized bed" the solid reactor contents are at least partially fluidized at least in the reaction zone and move through the reactor
Produktionsbett verstanden, wenn der feste Reaktorinhalt in der Reaktionszone zumindest teilweise fluidisiert ist und oberhalb und/oder unterhalb der Reaktionszone der feste Production bed understood when the solid reactor content in the reaction zone is at least partially fluidized and above and / or below the reaction zone of the solid
Reaktorinhalt sich bewegt, aber nicht mehr fluidisiert ist. Reactor contents are moving, but no longer fluidized.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht weiter vor, dass in der ersten Stufe das Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der vorteilhaft A preferred embodiment of the method according to the invention further provides that in the first stage the expulsion of the volatile constituents from the advantageous
vorgetrockneten Einsatzkohle in Gegenwart eines sich von oben nach unten bewegenden Bettes aus der Einsatzkohle erfolgt und im Gegenstrom dazu von unten nach oben ein gasförmiger Kreislaufstrom geführt wird. Vorteilhaft besteht dieser Kreislaufstrom aus den flüchtigen Bestandteilen der Einsatzkohle und weist beim Starten der Verschwelung als Basisgas Methan, überhitzten Wasserdampf und/oder Kohlenstoffdioxid auf, bevorzugt Methan und/oder überhitzten Wasserdampf, insbesondere Methan. Vor dem Austreten aus dem Kohlebett wird dieser Kreislaufstrom, der an dieser Stelle mit den flüchtigen Pre-dried feed coal in the presence of a moving from top to bottom bed from the feed coal and in countercurrent to from bottom to top, a gaseous recycle stream is performed. Advantageously, this circulation stream consists of the volatile constituents of the feed coal and, when starting the carbonization, has methane as the base gas, superheated steam and / or carbon dioxide, preferably methane and / or superheated steam, in particular methane. Before leaving the coal bed, this circulatory stream, which at this point with the volatile
Komponenten angereichert ist, durch die eintretende vorteilhaft vorgetrocknete Kohle, bevorzugt Braunkohle, gekühlt, wodurch diese Kohle erwärmt wird. Die Abkühlung des mit den flüchtigen Komponenten angereicherten Kreislaufstromes erfolgt sinnvollerweise nur soweit, dass keine nennenswerten Mengen an flüchtigen Komponenten auskondensieren, wobei die zu wählende Temperatur von der Gaszusammensetzung und dem Druck abhängt. Components enriched, by the entering advantageous pre-dried coal, preferably lignite, cooled, whereby this coal is heated. The cooling of the recycle stream enriched with the volatile components is expediently carried out only to the extent that no appreciable amounts of volatile components condense, the temperature to be selected depending on the gas composition and the pressure.
Dieser angereicherte Kreislaufstrom, vorteilhaft mit einem Verhältnis Kreislaufgas zu Gas, das in die zweite Stufe eingeleitet wird, von 0,1 zu 10, bevorzugt 0,5 bis 5, besonders bevorzugt 0,75 bis 2,5, insbesondere 1 bis 2, wird anschließend vorteilhaft aufgetrennt in den Rückführstrom, der wieder in das untere Ende des Kohlebettes rückgeführt wird und in einen Strom, der vorteilhaft ohne weitere Behandlung der zweiten Stufe zugeführt wird. WeitereThis enriched circulation stream, advantageously with a ratio of cycle gas to gas, which is introduced into the second stage, from 0.1 to 10, preferably 0.5 to 5, more preferably 0.75 to 2.5, in particular 1 to 2, is then advantageously separated into the recycle stream, which is recycled back into the lower end of the coal bed and into a stream which is advantageously fed without further treatment of the second stage. Further
Behandlungen könnten gezielte Abtrennungen von Komponenten oder eine Verdichtung des Gasstromes sein. Der Rückführstrom wird vorteilhaft weiter abgekühlt auf eine Temperatur von vorteilhaft 20 bis 80 °C. Dabei kondensieren Wasser und die kondensierbaren organischen Komponenten aus. Der so gekühlte und getrocknete Rückführstrom tritt als Kreislaufstrom am unteren Ende des Kohlebettes wieder in dieses ein und kühlt dort die austretenden Restkohle ab. Treatments could be targeted separations of components or compression of the gas stream. The recycle stream is advantageously further cooled to a temperature of advantageously 20 to 80 ° C. This condense water and the condensable organic components. The thus cooled and dried recycle stream occurs as a circulating stream at the lower end of the coal bed back into this and cools there the exiting residual coal.
Das Kondensat aus dem Rückführstrom wird vorteilhaft in einem Phasenscheider in eine Wasserphase und eine organische Phase getrennt, wobei die organische Phase in geeigneter Weise der zweiten Stufe zugeführt wird. Die Energiezufuhr der ersten Stufe kann sowohl direkt als auch indirekt erfolgen. Die Art der Energiezufuhr kann sowohl elektrischer als auch thermischer Natur sein. Vorteilhaft wird die endotherme Verschwelung in der ersten Stufe durch thermische Energie aufrechterhalten. The condensate from the recycle stream is advantageously separated in a phase separator into a water phase and an organic phase, wherein the organic phase is fed to the second stage in a suitable manner. The first stage energy supply can be both direct and indirect. The type of energy supply can be both electrical and thermal. Advantageously, the endothermic charring in the first stage is maintained by thermal energy.
Bei der direkten thermischen Energiezufuhr wird vorteilhaft ein Teil der Schwelgase oxidiert. Es ist aber auch nicht auszuschließen, dass ein Teil der kohlenwasserstoffhaltigen In the case of direct thermal energy supply, part of the carbonization gases is advantageously oxidized. However, it is also possible that part of the hydrocarbon
Schüttung in der ersten Stufe ebenfalls oxidiert wird. Als Oxidationsmittel dient Fill in the first stage is also oxidized. Serves as an oxidizing agent
beispielsweise reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem 02-Gehalt von größer als 80% mol-%, wobei unter reinem Sauerstoff stark angereicherte Luft mit einem 02-Gehalt größer 99 mol-% verstanden wird. For example, pure oxygen or oxygen-enriched air having an O 2 content of greater than 80% mol%, wherein pure oxygen is understood as meaning strongly enriched air having an O 2 content greater than 99 mol%.
Eine günstige Ausführungsform ist dabei folgende Prozessführung: Gas wird aus dem heißen Bereich der Schüttung abgezogen, in einer Brennkammer mit dem Sauerstoff verbrannt und die heißen Rauchgase wieder in den heißen Bereich der Schüttung A favorable embodiment is the following process: Gas is withdrawn from the hot area of the bed, burned in a combustion chamber with the oxygen and the hot flue gases back into the hot area of the bed
zurückgeführt und verteilt. returned and distributed.
Mit der bei der Oxidation freiwerdenden Verbrennungswärme wird vorteilhaft die Wärme der Verschwelung bereitgestellt. With the heat of combustion released during the oxidation, the heat of the carbonization is advantageously provided.
Bei der indirekten thermischen Wärmezufuhr werden vorteilhaft in die Schüttungen In the indirect thermal heat supply are beneficial in the beds
Wärmetauscher installiert. Diese Wärmetauscher können vorteilhaft sowohl eine Plattenform besitzen als auch Rohre sein. Im Fall der Rohre können die Schüttungen sowohl in den Rohren als auch um die Rohre fließen. Im Fall, dass die Rohre von den Schüttungen umspült werden, strömt in den Rohren ein heißes Rauchgas, das seine Wärme über die Rohrwand an die Schüttungen abgibt und sich dabei beim Durchströmen der Rohre abkühlt. Heat exchanger installed. These heat exchangers may advantageously have both a plate shape and tubes. In the case of pipes, the beds can flow both in the pipes and around the pipes. In the case that the tubes are lapped by the beds, flows in the tubes, a hot flue gas, which gives off its heat through the tube wall to the beds and thereby cools when flowing through the tubes.
Vorteil der indirekten thermischen Wärmezufuhr ist, dass ein kostengünstiger Brennstoff bei Umgebungsdruck mit Luft außerhalb der Reaktionsräume verbrannt werden kann. The advantage of indirect thermal heat input is that a low cost fuel can be burned at ambient pressure with air outside the reaction spaces.
Alternativ kann vorteilhaft die in der ersten Stufe zum Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der Kohle erforderliche Wärme durch elektrischen Strom zugeführt werden. Dies kann durch elektromagnetische Induktion erfolgen oder durch Durchleiten von elektrischem Strom durch das Bett der Einsatzkohle, wobei dieses als Widerstand dient und sich dabei erhitzt. Des Weiteren kann der Energieeintrag durch indirekte elektrische Beheizung erfolgen. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die in der ersten Stufe zum Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der Kohle erforderliche Wärme durch indirekte thermische Wärmezufuhr durch Verbrennung der Einsatzkohle oder der Restkohle mit Luft erfolgt. Alternatively, advantageously, the heat required in the first stage to drive off the volatiles from the coal may be supplied by electric current. This can be done by electromagnetic induction or by passing electrical current through the bed of the feed coal, which serves as a resistor and thereby heated. Furthermore, the energy input can be effected by indirect electrical heating. A preferred variant of the method according to the invention consists in that the heat required in the first stage for expelling the volatile constituents from the coal is effected by indirect thermal heat supply by combustion of the feed coal or of the residual coal with air.
Besonders bevorzugt ist die indirekte Beheizung durch heiße Rauchgase. Dabei Particularly preferred is the indirect heating by hot flue gases. there
durchströmen heiße Rauchgase Wärmetauscherrohre, die außen von der Einsatzkohle umspült werden. Die in der ersten Stufe gebildeten Schwelgase werden vorteilhaft ohne weitere Abkühlung außerhalb des Reaktors der Verschwelung oder des Reaktorbereiches der Verschwelung und vorteilhaft ohne weitere Aufarbeitung in die zweite Stufe geführt. Auch die in den Schwelgasen enthaltenen Schwefelverbindungen und sonstigen Schadstoffe werden vorteilhaft mit in die zweite Stufe geführt, in der die thermische Umsetzung erfolgt. hot flue gases flow through heat exchanger tubes, which are lapped by the charcoal on the outside. The carbonization gases formed in the first stage are advantageously carried out without further cooling outside the reactor of the carbonization or the reactor region of the carbonization and advantageously without further work-up in the second stage. The sulfur compounds and other pollutants contained in the carbonization gases are also advantageously carried to the second stage, in which the thermal reaction takes place.
Vorteilhaft werden die durch das Einsatzkohlebett gekühlten flüchtigen Bestandteile am Kopf des Verschwelungsreaktors entnommen. Eine alternative vorteilhafte Prozessführung besteht darin, die flüchtigen Bestandteile aus dem heißen Bereich der Einsatzkohle- Schüttung abzuziehen. Advantageously, the volatiles cooled by the feed coal bed are removed at the top of the carbonization reactor. An alternative advantageous process control is to remove the volatile constituents from the hot region of the feed coal bed.
In einer zweiten Stufe werden die flüchtige Bestandteile, insbesondere das Methan und die höheren Kohlenwasserstoffe, vorteilhaft thermisch bei Temperaturen bevorzugt zwischen 1000 bis 1600 °C und bei Drücken zwischen 1 und 25 bar, in Synthesegas und Kohlenstoff umgesetzt (siehe z.B. WO 2013/004398). In a second stage, the volatile constituents, in particular the methane and the higher hydrocarbons, advantageously thermally reacted at temperatures preferably between 1000 to 1600 ° C and at pressures between 1 and 25 bar, in synthesis gas and carbon (see, for example, WO 2013/004398) ,
Die Temperaturen in der zweiten Stufe betragen vorteilhaft zwischen 1000 und 1600 °C, insbesondere zwischen 1 100 und 1300 °C. The temperatures in the second stage are advantageously between 1000 and 1600 ° C, in particular between 1 100 and 1300 ° C.
Bevorzugt beträgt der Druck in der zweiten Stufe 1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar. Vorteilhaft ist der Druck in der zweiten Stufe um 0,01 bis 2 bar, bevorzugt um 0,01 bis 1 bar, bevorzugt um 0,01 bis 0,5 bar geringer als der Druck in der ersten Stufe. Vorteilhaft werden die erste und zweite Stufe somit auf einem ähnlichen Druckniveau durchgeführt. The pressure in the second stage is preferably 1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar. Advantageously, the pressure in the second stage is 0.01 to 2 bar, preferably 0.01 to 1 bar, preferably 0.01 to 0.5 bar lower than the pressure in the first stage. Advantageously, the first and second stages are thus carried out at a similar pressure level.
Vorteilhaft wird die thermische Umsetzung der zweiten Stufe in Anwesenheit fester Advantageously, the thermal reaction of the second stage in the presence of solid
Trägermaterialien, bevorzugt Wärmeträgermaterialen, durchgeführt, auf denen sich der in der Spaltungsreaktion der Kohlenwasserstoffe gebildete Kohlenstoff vornehmlich, insbesondere zu größer als 90 % im Bezug auf den maximal pyrolysierbaren Support materials, preferably heat transfer materials carried out, on which the carbon formed in the cleavage reaction of the hydrocarbons primarily, in particular greater than 90% with respect to the maximum pyrolyzable
Kohlenstoffgehalt des Schwelgases, anlagert. Diese festen Träger können zur regenerativen Wärmeintegration genutzt werden. Carbon content of the carbonization gas, adsorbs. These solid supports can be used for regenerative heat integration.
Das Produktionsbett ist vorteilhaft ein Schüttbett aus festen Trägermaterialien. Die zweite Stufe, die thermische Zersetzung, kann vorteilhaft in einem Festbett-, Wirbelschicht- oder Wanderbettreaktor durchgeführt werden, wobei unter dem Begriff„Wirbelbett" auch ein Produktionsbett verstanden wird, wenn der feste Reaktorinhalt in der Reaktionszone zumindest teilweise fluidisiert ist und oberhalb und/oder unterhalb der Reaktionszone der feste Reaktorinhalt sich bewegt, aber nicht mehr fluidisiert, ist. Die Trägermaterialien des Produktionsbettes sind vorteilhaft temperaturbeständig im Bereich von 1000 bis 1800°C, bevorzugt 1300 bis 1800°C, besonders bevorzugt 1500 bis 1800°C, insbesondere 1600 bis 1800°C. The production bed is advantageously a packed bed of solid support materials. The second stage, the thermal decomposition, can advantageously be carried out in a fixed bed, fluidized bed or moving bed reactor, wherein the term "fluidized bed" also includes a Production bed is understood when the solid reactor content in the reaction zone is at least partially fluidized and above and / or below the reaction zone of the solid reactor contents moves, but no longer fluidized. The support materials of the production bed are advantageously temperature-resistant in the range from 1000 to 1800 ° C., preferably from 1300 to 1800 ° C., more preferably from 1500 to 1800 ° C., in particular from 1600 to 1800 ° C.
Als temperaturbeständige Trägermaterialien kommen vorteilhaft z.B. keramische As temperature-resistant carrier materials advantageously come e.g. ceramic
Trägerpartikel, insbesondere Werkstoffe gemäß DIN EN 60 672-3 wie z.B. Alkali- Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate, Titanate, Erdalkali-Aluminiumsilikate, Aluminium- und Magnesiumsilikate, Mullit, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und/oder Zirkonoxid in Betracht. Ferner können nicht genormte keramische Hochleistungswerkstoffe wie z.B. Quarzglas, Siliciumcarbid, Borcarbid und/oder Nitride als temperaturbeständige Trägermaterialien dienen. Diese Wärmeträgermaterialien können gegenüber dem darauf abgesetzten Carrier particles, in particular materials according to DIN EN 60 672-3 such. Alkali aluminum silicates, magnesium silicates, titanates, alkaline earth aluminum silicates, aluminum and magnesium silicates, mullite, aluminum oxide, magnesium oxide and / or zirconium oxide. Furthermore, non-standard high performance ceramic materials such as e.g. Quartz glass, silicon carbide, boron carbide and / or nitrides serve as a temperature-resistant support materials. These heat transfer materials can be compared to the deposited thereon
Kohlenstoff ein unterschiedliches Ausdehnungsvermögen aufweisen. Carbon have a different expansion capacity.
Ferner ist die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Material, als Granulat, vorteilhaft. Unter einem kohlenstoffhaltigen Granulat ist in der vorliegenden Erfindung ein Material zu verstehen, das vorteilhaft aus festen Körnern besteht, die mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-% Kohlenstoff, weiter bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 98 Gew.-% Kohlenstoff aufweisen. Das kohlenstoffhaltige Granulat ist vorteilhaft kugelförmig. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Vielzahl von unterschiedlichen kohlenstoffhaltigen Granulaten eingesetzt werden. Ein derartiges Granulat kann beispielsweise überwiegend aus Kohle, Koks, Koksgrus und/oder Mischungen hieraus bestehen. Ferner kann das kohlenstoffhaltige Granulat 0 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des Granulats, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-%, Metall, Metalloxid und/oder Keramik enthalten. Furthermore, the use of carbonaceous material, as granules, is advantageous. In the present invention, a carbonaceous granulate is to be understood as meaning a material which advantageously consists of solid grains which are at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of carbon, more preferably at least 95 wt .-%, in particular at least 98 wt .-% carbon. The carbonaceous granules are advantageously spherical. In the method according to the invention, a multiplicity of different carbonaceous granules can be used. For example, such granules may consist predominantly of coal, coke, coke breeze and / or mixtures thereof. Further, the carbonaceous granules 0 to 15 wt .-% based on the total mass of the granules, preferably 0 to 5 wt .-%, metal, metal oxide and / or ceramic.
Das in den Schwelgasen enthaltene Ammoniak wird in der zweiten Stufe vorteilhaft in Stickstoff und Wasserstoff zersetzt. Bei der thermischen Umsetzung werden auf Grund der hohen Temperaturen das Methan und die höheren Kohlenwasserstoffe in einer endothermen Reaktion weitgehend, vorteilhaft mit größer als 90 % in Synthesegas und Kohlenstoff umgesetzt. Zu den höheren The ammonia contained in the carbonization gases is advantageously decomposed in the second stage into nitrogen and hydrogen. In the thermal reaction, the methane and the higher hydrocarbons are largely reacted in an endothermic reaction, advantageously greater than 90% in synthesis gas and carbon due to the high temperatures. To the higher ones
Kohlenwasserstoffen gehören unter anderen Rohteer, Naphthalin und BTX (Gemisch aus Benzol, Toluol und Xylolen). Diese Produkte werden in einer thermischen Umsetzung gegenüber Methan bevorzugt umgesetzt. Hydrocarbons include, but are not limited to, crude tar, naphthalene and BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes). These products are preferably reacted in a thermal conversion to methane.
In welchem Bereich der Methanumsatz eingestellt werden soll, hängt vor allem von der Art der Folgeprozesse ab. Der Methanumsatz lässt sich durch den gewählten Druck und Temperatur einstellen. Es kann z.B. vorteilhaft sein, Methan in der Pyrolyse nicht über 95% umzusetzen und das nicht umgesetzte Methan dann im nachfolgenden Prozessschritt auszuschleusen. Dies kann z.B. vorteilhaft sein, wenn der Folgeprozess ein Kreisgasprozess benötigt, wie z.B. die Methanol-Synthese oder der Fischer-Tropsch-Prozess, oder die Abtrennung des Methans aus dem Pyrolysegas in dem nachfolgenden Prozess z.B. durch eine Druckwechselabsorption oder eine Temperaturwechselabsorption, mit einem geringeren Aufwand möglich ist, als in der Pyrolyse. The area in which the methane conversion is to be adjusted depends primarily on the nature of the subsequent processes. The methane conversion can be controlled by the selected pressure and Setting the temperature. It may be advantageous, for example, to not react methane in pyrolysis above 95% and then to discharge the unreacted methane in the subsequent process step. This may be advantageous, for example, if the subsequent process requires a cycle gas process, such as the methanol synthesis or the Fischer-Tropsch process, or the separation of the methane from the pyrolysis in the subsequent process, for example by a pressure swing absorption or a temperature swing absorption, with a lower Effort is possible, as in pyrolysis.
Die thermische Umsetzung in der zweiten Stufe ist vorteilhaft eine„unterstöchiometrische Reformierung". Unterstöchiometrische Reformierung bedeutet hier, dass der O-Gehalt des Prozessgases beinhaltend die Schwelgase (flüchtigen Bestandteile der Einsatzkohle) und ggf. Sauerstoff für eine autotherme Beheizung, in der zweiten Stufe nicht ausreicht, alle Komponenten in der Gasphase zu halten. Bei der unterstöchiometrischen Reformierung ist das molare C:0 Verhältnis größer als 1 :1. Die Wahl des konkreten unterstöchiometrischen Verhältnisses hängt von dem gewünschten Synthesegas-Produktstrom ab. Bei der unterstöchiometrischen Reformierung fällt somit neben dem Synthesegas (bestehend aus H2, CO, C02, H20) immer auch eine feste kohlenstoffhaltige Phase an. Beide The thermal conversion in the second stage is advantageously a "substoichiometric reforming." Here, sub-stoichiometric reforming means that the O content of the process gas, including the carbonization gases (volatile constituents of the feed coal) and optionally oxygen for autothermal heating, is not in the second stage In substoichiometric reforming, the molar C: O ratio is greater than 1: 1. The choice of the concrete substoichiometric ratio depends on the desired synthesis gas product stream Synthesis gas (consisting of H2, CO, C02, H20) always also a solid carbon-containing phase
Reaktionsprodukte werden aus dem Reaktor bzw. der Reaktionszone der thermischen Umsetzung ausgetragen. Reaction products are discharged from the reactor or the reaction zone of the thermal reaction.
Bei der thermischen Umsetzung der zweiten Stufe reagieren die sauerstoffhaltigen In the thermal reaction of the second stage, the oxygen-containing react
Komponenten der Schwelgase teilweise, in Abhängigkeit vom gewählten Druck, mit den kohlenstoffhaltigen Komponenten gemäß den Reaktionsgleichungen: Components of the carbonization partially, depending on the selected pressure, with the carbonaceous components according to the reaction equations:
H20 + C = CO + H2 Vergasung x H20 + CxHy = x CO + (x + y/2) H2 Reformierung H 2 0 + C = CO + H 2 gasification x H 2 0 + CxHy = x CO + (x + y / 2) H 2 reforming
C02 + C = 2 CO Boudouardreaktion C0 2 + C = 2 CO Boudouard reaction
In der Gleichung für die Reformierung kann x vorteilhaft zwischen 1 und 30 und y vorteilhaft zwischen 2 und 60 liegen. In the equation for reforming, x may advantageously be between 1 and 30 and y advantageously between 2 and 60.
Die kohlenstoffhaltigen Komponenten, die aufgrund des unterstöchiometrischen The carbonaceous components due to the substoichiometric
Verhältnisses nicht reformiert wurden, werden gemäß der folgenden Reaktionsgleichung thermisch zersetzt: Ratio were not reformed, are thermally decomposed according to the following reaction equation:
—► CH4 C + 2 H2 -►CH 4 C + 2 H 2
Cx HY x C + y/2 H2 - Cx H Y x C + y / 2 H 2
Der Ammoniak wird bei der thermischen Umsetzung zumindest teilweise, in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur und dem Druck, in Stickstoff und Wasserstoff zersetzt. The ammonia is decomposed during the thermal reaction at least partially, depending on the selected temperature and the pressure in nitrogen and hydrogen.
2 NHs N2 + 3 H2 - 2 NH 2 N 2 + 3 H 2
Bei den gewählten Temperaturen von 1000 bis 1600°C in der zweiten Stufe liegt das Gleichgewicht der Boudouardreaktion auf der Seite von Kohlenmonoxid. Um die Rückreaktion des Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid zu vermeiden, wird das heiße Produktgas der zweiten Stufe vorteilhaft möglichst schnell abgekühlt; diese Abkühlung kann besonders bevorzugt durch einen direkten Wärmeübergang vom heißen Produktgas zum kalten Bett aus Trägermaterialien durchgeführt werden. At the selected temperatures of 1000 to 1600 ° C in the second stage, the balance of the Boudouard reaction is on the side of carbon monoxide. To the Reverse reaction of the carbon monoxide to avoid carbon dioxide, the hot product gas of the second stage is advantageously cooled as quickly as possible; this cooling can be carried out particularly preferably by a direct heat transfer from the hot product gas to the cold bed of support materials.
Demnach kann das Wasserstoff- zu Kohlenstoffverhältnis durch den gewählten Druck aufgrund der Reformierungsreaktionen auf die Erfordernisse der Folgeprozesse angepasst werden. Der bei der Pyrolyse gebildete Kohlenstoff bildet sich je nach Beheizungskonzept in der Gasphase oder an den Trägermaterialien und setzt sich auf diesen ab und wird aus dem Pyrolyse-Reaktor ausgetragen. Der Kohlenstoff liegt nun in hochreinem Zustand vor und kann z.B. Raffinerie-Petrolkoks ersetzen. Das Verfahren der zweiten Stufe wird vorteilhaft ohne die Anwesenheit eines technischen Katalysators ausgeführt, wobei ein technischer Katalysator dadurch gekennzeichnet, dass er gezielt hergestellt und eingesetzt wird. Accordingly, the hydrogen to carbon ratio can be adjusted by the pressure chosen due to the reforming reactions to the requirements of the subsequent processes. Depending on the heating concept, the carbon formed in the pyrolysis forms in the gas phase or on the support materials and settles on these and is discharged from the pyrolysis reactor. The carbon is now in a high purity state and may be e.g. Replace refinery petroleum coke. The process of the second stage is advantageously carried out without the presence of a technical catalyst, wherein a technical catalyst is characterized in that it is produced and used in a targeted manner.
Die Energiezufuhr in die zweite Stufe, die thermische Umsetzung, kann ebenso sowohl direkt als auch indirekt erfolgen. Außerdem kann die Art der Energiezufuhr sowohl elektrischer als auch thermischer Natur sein. The energy supply to the second stage, the thermal conversion, can also be done both directly and indirectly. Moreover, the type of energy input can be both electrical and thermal.
Die direkte elektrische Energiezufuhr kann sowohl induktiv als auch ohmsch erfolgen. In beiden Fällen stellen die jeweiligen kohlenstoffhaltigen Schüttungen einen entsprechenden Widerstand dar. Vorzuziehen ist in dem Erfindungsfall die ohmsche Variante, da hierbei alle elektrischen Verluste, die ab Ende der äußeren Stromzuführung entstehen, direkt der Aufheizung der Schüttungen zugutekommen. The direct electrical energy supply can be done both inductively and ohmic. In both cases, the respective carbonaceous beds represent a corresponding resistance. It is preferable in the case of the invention, the ohmic variant, since in this case all electrical losses that arise from the end of the external power supply, directly benefit the heating of the beds.
Die Schüttungen können dabei sowohl als Wirbelbett, Wanderbett oder als auch als Festbett ausgebildet sein, wobei im Fall der direkten elektrischen Beheizung die Festbettvariante zu bevorzugen ist. The beds can be designed both as a fluidized bed, moving bed or as a fixed bed, in the case of direct electrical heating, the fixed bed variant is preferable.
In einer bevorzugten Ausführung werden zwei Elektroden in die Schüttungen installiert, zwischen denen die Schüttungen als elektrischer Widerstand fungieren und sich beim Durchleiten des Stromes aufgrund der elektrischen Durchleitungsverluste erhitzen. DerIn a preferred embodiment, two electrodes are installed in the beds, between which the beds act as an electrical resistance and heat up as the current passes through the electrical feedthrough losses. Of the
Stromfluss kann dabei sowohl quer zu den Strömungsrichtungen der Schüttungen als auch längs dazu erfolgen. Current flow can take place both transversely to the flow directions of the beds and longitudinally thereto.
Bei der indirekten elektrischen Energiezufuhr werden elektrische Heizstäbe von den jeweiligen Schüttungen umspült. Diese elektrischen Heizstäbe erhitzen sich, wenn Strom durch sie fliest und geben diese Wärme an die sie umgebende Schüttungen ab. In the indirect electrical energy supply electric heating elements are lapped by the respective beds. These electric heating elements heat up when electricity flows through them and release this heat to the surrounding beds.
Bei der direkten thermischen Energiezufuhr wird vorwiegend ein Teil der Pyrolyse- bzw. Reformierungsgase oxidiert. Es ist aber auch nicht auszuschließen, dass ein Teil der kohlenstoffhaltigen Schüttung in der zweiten Stufe ebenfalls oxidiert wird. Als Oxidationsmittel dient beispielsweise reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem 02-Gehalt von größer als 80 mol-%, wobei unter reinem Sauerstoff stark angereicherte Luft mit einem 02-Gehalt größer 99 mol-% verstanden wird. In the direct thermal energy supply, a portion of the pyrolysis or reforming gases is mainly oxidized. But it can not be ruled out that part of the carbonaceous bed in the second stage is also oxidized. The oxidizing agent used is, for example, pure oxygen or oxygen-enriched air having an O 2 content of greater than 80 mol%, where pure oxygen is understood as meaning strongly enriched air having an O 2 content greater than 99 mol%.
Mit der bei der Oxidation freiwerdenden Verbrennungswärme werden vorteilhaft die Wärmen der bereits oben genannten endothermen Reaktionen bereitgestellt. The heat of combustion of the above-mentioned endothermic reactions is advantageously provided by the heat of combustion released during the oxidation.
Eine günstige Ausführungsform ist folgende Prozessführung: Gas wird aus dem heißen Bereich der jeweiligen Schüttung abgezogen, in einer Brennkammer mit dem Sauerstoff verbrannt und die heißen Rauchgase wieder in den heißen Bereich der Schüttung verteilt. A favorable embodiment is the following process: Gas is withdrawn from the hot area of the respective bed, burned in a combustion chamber with the oxygen and the hot flue gases are redistributed into the hot area of the bed.
Bei der indirekten thermischen Wärmezufuhr werden vorteilhaft in die Schüttungen In the indirect thermal heat supply are beneficial in the beds
Wärmetauscher installiert. Diese Wärmetauscher können vorteilhaft sowohl eine Plattenform besitzen als auch Rohre sein. Im Fall der Rohre können die Schüttungen sowohl in den Rohren als auch um die Rohre fließen. Heat exchanger installed. These heat exchangers may advantageously have both a plate shape and tubes. In the case of pipes, the beds can flow both in the pipes and around the pipes.
Im Fall, dass die Rohre von den Schüttungen umspült werden, strömt in den Rohren ein heißes Rauchgas, das seine Wärme über die Rohrwand an die Schüttungen abgibt und sich dabei beim Durchströmen der Rohre abkühlt. In the case that the tubes are lapped by the beds, flows in the tubes, a hot flue gas, which gives off its heat through the tube wall to the beds and thereby cools when flowing through the tubes.
Vorteil der indirekten thermischen Wärmezufuhr ist, dass ein kostengünstiger Brennstoff bei Umgebungsdruck mit Luft außerhalb der Reaktionsräume verbrannt werden kann. Die detaillierte Beschreibung zu der elektrischen Beheizung der zweiten Stufe, der thermischen Umsetzung, gilt auch für die erste Stufe, der Verschwelung. The advantage of indirect thermal heat input is that a low cost fuel can be burned at ambient pressure with air outside the reaction spaces. The detailed description of the electric heating of the second stage, the thermal conversion, also applies to the first stage, the smoldering.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die in der zweiten Stufe zur thermischen Umsetzung der aus der Kohle ausgetriebenen Bestandteile erforderliche Wärme durch elektrischen Strom und /oder Sauerstoffzugabe für einen Oxidationsprozess zugeführt wird. Auch in diesem Fall kann die Wärmezuführung durch elektromagnetische Induktion erfolgen oder durch Furthermore, it is advantageous that the heat required in the second stage for thermal conversion of the components expelled from the coal is supplied by electric current and / or oxygen addition for an oxidation process. Also in this case, the heat supply can be done by electromagnetic induction or by
Durchleiten von elektrischem Strom durch das kohlenstoffreiche Granulat, wobei dieses als Widerstand fungiert und sich dabei erhitzt. Eine weitere Möglichkeit der Wärmezuführung besteht in der Erwärmung eines Gases in einer außerhalb des Reaktionsraumes Passing electrical current through the carbon-rich granules, which acts as a resistor and heats up. Another possibility of heat supply is the heating of a gas in an outside of the reaction space
angeordneten Heizeinrichtung mit Hilfe eines Lichtbogens und nachfolgender Einleitung des erhitzten Gasstromes in den Reaktionsraum. arranged heating device by means of an arc and subsequent introduction of the heated gas stream into the reaction space.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das in der zweiten Stufe, der thermischen Umsetzung von Methan und den höheren A further embodiment of the method according to the invention provides that in the second stage, the thermal conversion of methane and the higher
Kohlenwasserstoffen, eingesetzte Wärmeträgermaterial vorteilhaft aus einem Hydrocarbons, used heat transfer material advantageously from a
kohlenstoffreichen Granulat besteht, das im Kreislauf geführt wird. carbon-rich granules, which is recycled.
Zweckmäßigerweise ist die Schüttung aus dem kohlenstoffreichen Granulat als Wanderoder Wirbelbett ausgebildet. Diese Schüttung wird im folgenden Kohlenstoff-Bett genannt. Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die in der zweiten Stufe erfolgende Umsetzung der aus der Kohle ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile zu Synthesegas und hochreinen Kohlenstoff in Gegenwart eines sich von oben nach unten bewegten Bettes aus kohlenstoffreichem Granulat stattfindet, welches zumindest teilweise im Kreislauf geführt wird. Im Gegenstrom dazu werden die aus der Einsatzkohle ausgetriebenen flüchtigen Komponenten geführt, deren gasförmige Reaktionsprodukte nach Pyrolyse und Vergasung bzw. Reformierung am oberen Ende des Kohlenstoffbettes durch den Conveniently, the bed of carbonaceous granules is designed as a moving or fluidized bed. This bed is called carbon bed in the following. A further variant of the process according to the invention provides that the conversion of the volatiles expelled from the coal into synthesis gas and high-purity carbon takes place in the presence of a bed of carbon-rich granules moving from top to bottom, which at least partially recirculates becomes. In countercurrent to the expelled from the feed coal volatile components are passed whose gaseous reaction products after pyrolysis and gasification or reforming at the upper end of the carbon bed through the
eintretenden Kohlenstoff gekühlt werden und dort ausgetragen werden, wobei der incoming carbon are cooled and discharged there, the
Kohlenstoff am unteren Ende mehr oder minder heiß ausgetragen wird. Carbon at the lower end is discharged more or less hot.
Dabei ist es wiederum zweckmäßig, dass der am unteren Ende der zweiten Stufe austretende heiße Kohlenstoff durch einen Inertgasstrom abgekühlt wird, der zur In this case, it is again expedient that the hot carbon emerging at the lower end of the second stage is cooled by an inert gas stream which flows to the
Vortrocknung der Einsatzkohle genutzt und im Kreislauf nach Auskondensation des Wassers wieder zum Abkühlen des heißen Kohlenstoffes eingesetzt wird. Predrying the coal used and is used in the circuit after condensation of the water again to cool the hot carbon.
Der heiße Inertgasstrom zur Kühlung des austretenden heißen Kohlenstoff kann jedoch auch zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet werden. Dieser Wasserdampf kann einerseits im Aufarbeitungsverfahren des Prozesses zur Umsetzung des Synthesegases zu Methanol oder Dimethylether verwendet werden oder zur Erzeugung von Strom. However, the hot inert gas stream for cooling the exiting hot carbon can also be used to generate steam. This steam can be used on the one hand in the workup process of the process for the conversion of the synthesis gas to methanol or dimethyl ether or for the production of electricity.
Da sämtliche Umwandlungsprozesse Energie benötigen, ist es vorteilhaft, das Since all conversion processes require energy, it is advantageous to have that
erfindungsgemäße Verfahren als Hybridverfahren auszugestalten, so dass es auch mit regenerativ gewonnenen Überschussstrom betrieben werden kann (siehe WO Inventive process according to the invention as a hybrid process, so that it can be operated with regenerative excess current (see WO
2014/090914). Bei dem Hybridverfahren sind vorteilhaft die Reaktoren, beziehungsweise Reaktionsbereiche für beiden Stufen (Verschwelung und thermische Umsetzung, d.h. 2014/090914). In the hybrid process, the reactors, or reaction areas for both stages (charring and thermal conversion, i.
Pyrolyse, Vergasung, Reformierung, Boudouardreaktion) mit je zwei Beheizungssystemen, insbesondere mit einem elektrischen und einem nicht-elektrischen Beheizungssystem, ausgestattet. In Zeiten eines Überangebotes regenerativ gewonnenen Stromes werden beide Stufen elektrisch beheizt. In der restlichen Zeit durch irgendein der oben  Pyrolysis, gasification, reforming, Boudouard reaction) each equipped with two heating systems, in particular with an electric and a non-electric heating system. In times of surplus regenerative electricity both stages are heated electrically. In the remaining time by any of the above
beschriebenen Beheizungssysteme. Dadurch kann der Carbon Footprint des described heating systems. This can reduce the carbon footprint of the
Gesamtverfahrens weiter gesenkt werden. Overall procedure be further reduced.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das die zweite Stufe verlassende Synthesegas entschwefelt und gereinigt wird (in„Chemische Technik, Prozesse und Produkte, Band 4, Winnacker - Küchler, 5. Auflage, Wiley-VCH, S. 353 ff.). Dabei werden die schwefelhaltigen Verbindungen und die sonstigen in dem A further embodiment of the method according to the invention provides that the synthesis gas leaving the second stage is desulfurized and purified (in "Chemische Technik, Prozesse und Produkte, Volume 4, Winnacker-Kuchler, 5th edition, Wiley-VCH, p. 353 et seq. ). In this case, the sulfur compounds and the other in the
Gasgemisch vorliegenden Schadstoffe, wie beispielsweise Quecksilber, aus dem Gas mixture present pollutants, such as mercury, from the
Gasgemisch entfernt. Das nach der Entschwefelung und Reinigung vorliegende Gas besteht vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid und ggf. teilweise rückreagiertes Gas mixture removed. The present after the desulfurization and purification gas consists mainly of hydrogen and carbon monoxide and possibly partially back-reacted
Kohlendioxid, bevorzugt zu größer als 80 mol-%, besonders bevorzugt zu größer als 90 mol- %, insbesondere zu größer als mol 95 % aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bzw. Carbon dioxide, preferably greater than 80 mol%, more preferably greater than 90 mol%, in particular greater than mol 95% of hydrogen and carbon monoxide or
Kohlendioxyd, wobei der Gehalt an rückreagiertem Kohlendioxid kleiner als 5 % vom Carbon dioxide, wherein the content of re-reacted carbon dioxide is less than 5% of
Kohlenmonoxid besteht, im Bezug auf das wasserfreie Gas nach der Abgasreinigung. Eine Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Prozess durch die Steuerung von u.a. Wassergehalt der Einsatzkohle, Temperatur und Druck der jeweiligen Stufen, so betrieben wird, dass das nach der Entschwefelung und Reinigung vorliegende Gas ein Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis entsprechend des Bedarfes von größer als 2 aufweist. Zu diesem Zweck wird diesem Gas bei der Verwendung für die Synthese zu z.B. Methanol, Dimethylether, Benzin oder Fischer/T ropsch-Kondensat zusätzlich Kohlendioxid zugeführt, so dass dieser Prozess eine Kohlendioxid-Senke darstellt. Durch die Gewinnung von festem Kohlenstoff und dessen Ausschleusung aus dem Carbon monoxide exists in terms of the anhydrous gas after the exhaust gas purification. An improvement of the method according to the invention is that the process is operated by controlling, inter alia, water content of the feed coal, temperature and pressure of the respective stages such that the gas present after desulfurization and purification has a hydrogen-carbon monoxide ratio corresponding to the requirement of greater than 2. For this purpose, this gas is additionally supplied with carbon dioxide when used for the synthesis of, for example, methanol, dimethyl ether, gasoline or Fischer / T ropsch condensate, so that this process represents a carbon dioxide sink. Through the extraction of solid carbon and its discharge from the
Verfahren ist es möglich, dass die Produkte aus dem Synthesegas (z.B. Kraftstoffe) und die Produkte aus der Restkohle (z.B. Strom) insgesamt einen geringeren Carbon Footprint aufweisen, als Produkte aus Kohleverschwelungen und/oder Kohlevergasungen ohne Pyrolyse.  Processes, it is possible that the products of the synthesis gas (e.g., fuels) and the products of the residual coal (e.g., electricity) have an overall lower carbon footprint than products from coal fuming and / or coal gasification without pyrolysis.
Auf Grund des niedrigen Carbon Footprint ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren neue Möglichkeiten für die Nutzung der Braunkohle. So wird bei der Gewinnung von Synthesegas aus Braunkohle weniger Kohlendioxid freigesetzt als bei den bekannten Verfahren der Kohlevergasung (siehe Figur 6). Due to the low carbon footprint, the inventive method allows new opportunities for the use of lignite. Thus, in the production of synthesis gas from lignite less carbon dioxide is released than in the known processes of coal gasification (see Figure 6).
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit zur Erzeugung von einerseits hochreinem Kohlenstoff und andererseits von schadstoffarmer Restkohle mit einem relativ hohen Heizwert (ca. 26 GJ/t aschefrei). Da bei dem A further advantage of the method according to the invention is the possibility of producing, on the one hand, highly pure carbon and, on the other hand, low-emission residual coal with a relatively high calorific value (about 26 GJ / t ashless). As with the
Schwelprozess ein Teil der flüchtigen Schadstoffe wie Schwefel und Quecksilber mit den flüchtigen Komponenten aus der trockenen Einsatzkohle ausgetrieben werden, ist die verbleibende Restkohle umweltverträglicher als die eingesetzte Braunkohle. Auf Grund der Flüchtigkeit von Quecksilber und Schwefelwasserstoff bzw. COS, verbleiben diese Smoldering a part of the volatile pollutants such as sulfur and mercury are expelled with the volatile components from the dry coal, the remaining carbon is more environmentally friendly than the lignite used. Due to the volatility of mercury and hydrogen sulfide or COS, they remain
Schadstoffe bei der Pyrolyse in der Gasphase und können im Folgenden aus dieser mit Hilfe bekannter Verfahren abgetrennt werden. Pollutants in the pyrolysis in the gas phase and can be separated in the following from this by known methods.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine langfristige Perspektive zur kohlendioxidarmen Herstellung chemischer Produkte, flüssiger Energieträger, reinen Kohlenstoffes als The process according to the invention offers a long-term perspective for low carbon dioxide production of chemical products, liquid fuels, pure carbon as
Petcokeersatz für Kokereien oder die Elektrodenherstellung für die Aluminiumindustrie und schadstoffarmer Kohlen für die Energieerzeugung zum Ausgleich der fluktuierenden erneuerbaren Energien. Wobei der Wert der Erfindung nicht darin liegt, die höchste Petcoke replacement for coking plants or electrode production for the aluminum industry and low-emission coals for power generation to offset fluctuating renewable energies. The value of the invention is not the highest
Wertschöpfung aus Braunkohle zu erzielen, sondern darin, eine Wertschöpfung aus der Braunkohle zu erzielen, ohne dabei die Umwelt mit C02 zu belasten.  But to create value from lignite without polluting the environment with C02.
Dass es theoretisch möglich ist, aus Braunkohle flüssige Produkte wie Methanol, That it is theoretically possible to convert lignite into liquid products such as methanol,
Dimetylether, Benzin oder Fischert-T ropsch-Kondensat herzustellen, und dabei den C02- Gehalt der Atmosphäre zu senken, zeigt Beispiel 1 , in dem Methanol, d.h. CH30H, das Produkt ist (siehe Figur 1 ). Methanol (in der Figur 1 oben links dargestellt) benötigt zu dessen Herstellung die Dimetyl ether, gasoline or Fischer's T ropsch condensate, and thereby to reduce the C02 content of the atmosphere, shows Example 1, in which methanol, ie CH30H, the product is (see Figure 1). Methanol (shown in the top left of FIG. 1) requires the preparation thereof
Einsatzstoffe Kohlenstoff und Wasserstoff. Der Kohlenstoff kann z.B. durch CO2 zur Input materials carbon and hydrogen. The carbon may e.g. by CO2 to
Verfügung gestellt werden (in Figur 1 links oben), das der Atmosphäre entzogen wird und der Wasserstoff kann der Braunkohle (in der Figur 1 links unten) entzogen werden. Are provided (in Figure 1 top left), which is withdrawn from the atmosphere and the hydrogen can be withdrawn from the brown coal (bottom left in Figure 1).
Braunkohle besitzt molar bezogen auf den Kohlenstoffgehalt einen etwa doppelt so hohen Wasserstoffgehalt wie Steinkohle. So besitzen Braunkohlen typischerweise ein molares H zu C-Verhältnis von 1 ,2 (deshalb die Formel CH1 2) und Steinkohlen von lediglich 0,6 (deshalb die Formel CH0,6). Wird der Braunkohle die Hälfte seines Wasserstoffes entzogen, so bleibt eine Restkohle (in der Figur rechts unten) übrig, die in etwa ein molares H zu C-Verhältnis besitzt wie Steinkohle. Lignite has approximately twice as high hydrogen content as hard coal in terms of carbon content. Thus lignite typically have a molar ratio of H to C-1, 2 (hence the formula CH1 2) and coal of only 0.6 (hence the formula CH 0, 6). If the brown coal is withdrawn half of its hydrogen, a residual carbon remains (bottom right in the figure), which has about a molar H to C ratio as hard coal.
Wird die Restkohle, wie in Figur 1 dargestellt, sequestriert (d.h. wieder in die Erde zurückgebracht), dann entsteht bei der Wasserstoffgewinnung aus Braunkohle kein fossiles CO2. Bezogen auf den Gesamtprozess bis zum Methanol wird CO2 sogar verbraucht. If the residual coal is sequestered (i.e., returned to the earth) as shown in Figure 1, then fossil CO2 is not produced from lignite production. CO2 is even consumed in relation to the entire process up to methanol.
Das vorliegende erfindungsgemäßen Verfahren wird in den Figuren 7 und 8 abstrahiert dargestellt. The present inventive method is shown abstracted in Figures 7 and 8.
Dabei macht es bezüglich des Carbon Footprints prinzipiell keinen Unterschied, ob der reine Kohlenstoff und die schadstoffarme Restkohle letztlich wieder sequestriert werden oder ob sie andere fossile Rohstoffe in anderen Prozessen ersetzen und dafür diese fossilen Rohstoffe in der Erde verbleiben können. Z.B. könnte der hochreine Kohlenstoff With regard to the carbon footprint, it basically makes no difference whether the pure carbon and the low-emission residual coal are ultimately re-sequestered or whether they can replace other fossil raw materials in other processes and that these fossil raw materials can remain in the earth. For example, could be the high purity carbon
erdölbasierten Petcoke in Kokereien oder bei der Elektrodenherstellung ersetzen. Weiterhin könnte sinnvollerweise z.B. in Kohlekraftwerken schadstoffarme Restkohle statt replace petroleum-based petcoke in coking plants or during electrode production. Furthermore, it could be useful, e.g. In coal-fired power plants, residual coal with low-emission emissions takes place
Importsteinkohle eingesetzt werden. Dafür könnte die noch nicht geförderte Importsteinkohle in der Erde belassen werden. Denn allein bei der Förderung und dem Transport von Imported coal can be used. For this, the not yet subsidized import coal could be left in the earth. Because only in the promotion and transport of
Importsteinkohle werden It. European Reference Life.-Cycle Database (ELCD 3.0, Imported coal become It. European Reference Life Cycle Database (ELCD 3.0,
http://eplca.jrc.ec.europa.eu/7pape_id126) im Schnitt 0,43 t CO2 pro t Importsteinkohle freigesetzt. Dieser Wert gilt für Deutschland. http://eplca.jrc.ec.europa.eu/7pape_id126) released an average of 0.43 t of CO2 per ton of imported coal. This value applies to Germany.
Beispiele: Examples:
1 a) Carbon Footprint im Vergleich mit Kohlevergasung:  1 a) Carbon footprint compared to coal gasification:
Dies wird an einem Vergleich verdeutlicht (Figur 2a). In diesem rechnerischen Vergleich soll das Prinzip verdeutlicht werden, so dass keine Verluste und keine Umwandlungsenergien berücksichtigt werden, sondern lediglich die Atombilanz. This is illustrated by a comparison (FIG. 2a). In this computational comparison, the principle should be clarified, so that no losses and no conversion energies are taken into account, but only the atomic balance.
Der rechnerische Vergleich basiert auf experimentellen Ergebnissen, die in der Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 22, 1916,„Versuchsergebnisse der trockenen Destillation einer The mathematical comparison is based on experimental results, which in the Journal of Electrochemistry, Vol. 22, 1916, "Experimental results of the dry distillation of a
Braunkohle bei verschiedenen Temperaturen" von Alexander Naumann, nach Versuchen von Wilhelm Weber veröffentlicht sind. Eine Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass für die untersuchte Braunkohle der Grube Ludwigshoffnung bei Wölfersheim in der Wetterau eine Verschwelungstemperatur von 750°C besonders vorteilhaft ist. Die rechnerische Versuchsauswertung zeigt, dass niedrigere Verschwelungstemperaturen zwar insgesamt zu einem geringeren Carbon Footprint führen, aber auch zu geringeren Ausbeuten bezüglich Benzin und hochreinem Kohlenstoff. Höhere Verschwelungstemperaturen haben den gegenteiligen Effekt. Brown coal at different temperatures "by Alexander Naumann, published after experiments by Wilhelm Weber An evaluation of the results shows that a smoldering temperature of 750 ° C is particularly advantageous for the investigated brown coal of the Ludwigshoffnung mine near Wölfersheim in the Wetterau Experimental evaluation shows that lower carbonization temperatures lead to a lower carbon footprint overall, but also to lower yields in terms of gasoline and high-purity carbon. Higher carbonization temperatures have the opposite effect.
Betrachtet man nur die Atome C, H und O, so ergibt die Auswertung der Versuche für die Einsatz-Braunkohle die chemischen Formel CH1 2O 0,3 und bei einer Considering only the atoms C, H and O, the evaluation of the tests for the lignite used the chemical formula CH1 2O 0.3 and at a
Verschwelungstemperatur von 750 °C für die Restkohle die chemische Formel CH0,6O 0,2, wobei bei dem Versuch bei 750°C molar ca. 70% des C's in der Restkohle verblieben. 750 ° C for the remaining carbon the chemical formula CH 0 , 6O 0.2, wherein in the experiment at 750 ° C molar about 70% of the C ' s remained in the remaining coal.
Kraftstoff, wie z.B. Diesel, besteht vorwiegend aus Molekülen mit der chemischen Formel (CH2)n. Als kleinstes charakteristisches Molekülstück für einen flüssigen Kraftstoff kann also CH2 herangezogen werden. Beispielhaft soll nun 1 mol CH2 aus CHi,20 0,3 hergestellt werden, im Vergleich einmal durch das erfindungsgemäße Verfahren und einmal durch Kohlevergasung: Fuel, such as diesel, consists mainly of molecules with the chemical formula (CH2) n. As the smallest characteristic molecule piece for a liquid fuel, therefore, CH 2 can be used. By way of example, 1 mol of CH 2 should now be prepared from CH 2 O, 0.3, in comparison once by the process according to the invention and once by coal gasification:
Es wird angenommen, dass die Schwelgase lediglich aus CH4, H2 und CO bestehen. Berücksichtigt man lediglich die Stoffbilanz, dann benötigt man theoretisch dafür über das erfindungsgemäße Verfahren 5,45 mol CHi,20 0,3. Da 70 % des C's in der Restkohle verbleiben, resultiert daraus eine Restkohlemenge von 5,45 x 0,7 = 3,82 mit der chemischen Formel CH0,6O 0,2. Daraus ergibt sich die molare Stoffbilanz für die Verschwelung It is assumed that the carbonization gases consist only of CH4, H2 and CO. Taking into account only the material balance, then theoretically required for the process according to the invention 5.45 mol CHi, 20 0.3. Since 70% of the C ' s remain in the remaining coal, this results in a residual carbon amount of 5.45 x 0.7 = 3.82 with the chemical formula CH 0 , 6O 0.2. This results in the molar material balance for the smoldering
5,45 CHi,20 0,3 = 3,82 CH0,6O 0,2 + x CH4 + y H2 + z CO. 5.45 CHi, 2 0 0.3 = 3.82 CH 0 , 6 O 0.2 + x CH 4 + y H 2 + z CO.
Aus den Atombilanzen ergeben sich folgende Werte: x = 0,76 The atomic balances result in the following values: x = 0.76
y = 0,60 y = 0.60
z = 0,87 Die flüchtigen Komponenten werden anschließend pyrolytisch zersetzt zu 0,76 mol C und zu einem Synthesegas mit der Zusammensetzung von 0,87 mol CO und 2,12 mol H2. z = 0.87 The volatile components are then pyrolytically decomposed to 0.76 mol C and to a synthesis gas with the composition of 0.87 mol CO and 2.12 mol H2.
Die Herstellung von 1 mol CH2 benötigt jedoch ein Molverhältnis CO : H2 von 1 : 2. Dieses Molverhältnis kann durch Zuführen von 0,13 mol CO2 (z.B. aus der Atmosphäre) erreicht werden. Damit ergeben sich folgende Reaktionsgleichungen: However, the preparation of 1 mol of CH 2 requires a molar ratio of CO: H 2 of 1: 2. This molar ratio can be achieved by adding 0.13 mol of CO 2 (eg from the atmosphere). This results in the following reaction equations:
0,13 mol C02 + 0,87 mol CO + 2,12 mol H2 = 1 ,00 mol CO + 2,00 mol H2 + 0,12 mol H20 0.13 mol CO 2 + 0.87 mol CO + 2.12 mol H 2 = 1, 00 mol CO + 2.00 mol H 2 + 0.12 mol H 2 0
Und letztlich 1 mol CO + 2 mol H2 = 1 mol CH2 + 1 mol H20. And finally 1 mol CO + 2 mol H 2 = 1 mol CH 2 + 1 mol H 2 0.
3,82 mol Restkohle und 0,76 mol C ergeben zusammen 4,58 mol einer Mischung mit der chemischen Formel CHo,5oOo,i7. Sequestriert man diese Mischung aus festen 3.82 mol of residual carbon and 0.76 mol of C together give 4.58 mol of a mixture with the chemical formula CHo, 50o, i7. Sequestrate this mixture of solid
Kohlekomponenten, dann können demnach aus 0,87 mol (= 5,45 mol - 4,58 mol) fossilem C und aus 0,13 mol C02 theoretisch 1 ,00 mol CH2 hergestellt werden. Das C02 wird z.B. der Atmosphäre entzogen. Kohlevergasung: Coal components, then from 0.87 mol (= 5.45 mol - 4.58 mol) of fossil C and from 0.13 mol C0 2 theoretically 1, 00 mol CH2 can be prepared. For example, the C0 2 is removed from the atmosphere. Coal gasification:
Zum Vergleich benötigt man theoretisch für die Herstellung von 1 ,00 mol CH2 über For comparison, one theoretically requires for the preparation of 1, 00 mol CH 2 over
Kohlevergasung 1 ,30 mol Braunkohle mit der Zusammensetzung CHi,20 0,3. Um durch Vergasung zu dem benötigten Molverhältnis von CO : H2 = 1 : 2 zu kommen benötigt man zusätzlich 1 ,22 mol H20 entsprechend der Bruttoreaktionsgleichung: Coal gasification 1, 30 mol brown coal with the composition CHi, 2 0 0.3. In order to reach the required molar ratio of CO: H 2 = 1: 2 by gasification one needs additionally 1, 22 mol H 2 0 according to the gross reaction equation:
1 ,30 mol CHi,20 0,3 +1 ,22 mol H20 = 1 ,00 mol CO + 2,00 mol H2 + 0,30 mol C02 1, 30 mol CHi, 2 0 0.3 +1, 22 mol H20 = 1, 00 mol CO + 2.00 mol H2 + 0.30 mol CO2
D.h., für die Herstellung eines Synthesegases durch Kohlevergasung, das theoretisch 1 mol CH2 liefert, benötigt man 1 ,30 mol fossiles C und erzeugt dabei mindestens 0,30 mol C02, das in die Atmosphäre freigesetzt wird. That is, for the production of a synthesis gas by coal gasification, which theoretically yields 1 mol of CH 2 , you need 1.30 mol of fossil C and generates at least 0.30 mol of CO 2 , which is released into the atmosphere.
Während also die Kohlvergasung theoretisch pro mol CH2 0,3 mol C02 in die Atmosphäre freisetzt, können beim erfindungsgemäßen Verfahren theoretisch 0,13 mol C02 der Thus, while the coal gasification theoretically releases 0.3 mol of CO 2 into the atmosphere per mol of CH 2 , in the process according to the invention, 0.13 mol of CO 2 can theoretically be
Atmosphäre entzogen werden. Atmosphere be withdrawn.
Tabelle 1 : Herstellung von 1 mol CH2 Table 1: Preparation of 1 mol CH 2
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
1 b) Kostenvergleich zur Kohlevergasung ohne Carbon Footprint (Kohlenstoffdioxid-Ausstoß = 0) 1 b) Cost comparison for coal gasification without carbon footprint (carbon dioxide emission = 0)
Der Wert der Erfindung liegt nicht darin, die höchste Wertschöpfung, bzw. Erlös aus The value of the invention is not in the highest value added, or proceeds from
Braunkohle zu erzielen, sondern darin, eine Wertschöpfung aus der Braunkohle zu erzielen, ohne dabei die Umwelt mit C02 zu belasten. Eine chemische Nutzbarmachung der Kohle ohne Carbon Footprint ist auch mit Hilfe der Kohlevergasung möglich, jedoch benötigt man dann pro mol CH2 nicht nur 1 mol CH1 ,20 0,3 sondern zusätzlich neben Wasser auch noch 0,7 mol Wasserstoff ohne Carbon Footprint. Diese Variante ist in Figur 2b dargestellt. Vergleicht man nun das erfindungsgemäße Verfahren mit der Kohlevergasung mit Zugabe von Wasserstoff ohne Carbon Footprint, so zeigt ein einfacher wirtschaftlicher Vergleich, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Wertschöpfung, bzw. Erlös aufweist. Diesen Vergleich zeigt Tabelle 2. But to achieve a value added from lignite, without polluting the environment with C02. It is also possible to chemically utilize the coal without a carbon footprint with the help of coal gasification, but in addition to 1 mole of CH1, 20 0.3 per mole of CH2, in addition to water it also requires 0.7 mol of hydrogen without a carbon footprint. This variant is shown in FIG. 2b. Comparing the novel process with coal gasification with the addition of hydrogen without a carbon footprint, a simple economic comparison shows that the process according to the invention has a higher added value or revenue. This comparison is shown in Table 2.
Bezieht man die Werte in den Figuren 2a und 2b nicht auf 1 mol des Endproduktes CH2 sondern auf 1 mol der Einsatzkohle CH1 ,20 0,3, so liefert das erfindungsgemäße Verfahren 0,18 mol CH2 (= 1/5,45), 0,14 mol Pyrolyse-C (= 0,76/5,45) und 0,70 mol Restkohle (= 3,82/5,45). If the values in FIGS. 2a and 2b are not based on 1 mol of the end product CH2 but on 1 mol of the charcoal CH1, 20 0.3, the process according to the invention gives 0.18 mol CH2 (= 1 / 5.45) , 14 mol pyrolysis C (= 0.76 / 5.45) and 0.70 mol residual carbon (= 3.82 / 5.45).
Im Fall der konventionellen Kohlevergasung (mit C02-Produktion) werden aus 1 molIn the case of conventional coal gasification (with CO 2 production) are from 1 mol
CM , 20 0,3 0,77 mol CH2 (= 1/1 ,30) gewonnen und im Fall der Kohlevergasung ohne C02-CM, 20 0.3 0.77 mol CH2 (= 1/1, 30) and in the case of coal gasification without C02-
Produktion werden 1 ,00 mol CH2 gewonnen. Nimmt man übliche Preise für die Produkte an, z.B. 600€/t Erdöl, 200€/t Pyrolyse-C und 50 €/t Restkohle so lassen sich für 1 Mmol Einsatzkohle Erlöse errechnen. Production are won 1, 00 mol CH2. Taking usual prices for the products, e.g. 600 € / t petroleum, 200 € / t pyrolysis-C and 50 € / t residual coal can be calculated for 1 Mmol coal application.
Tabelle 2: Vergleich der Erlöse Table 2: Comparison of revenues
Produkte Preise Mmol pro t Gesamtpreis C02- Mmol Ausstoß proProducts Prices Mmol per t Total price C02- Mmol output per
Einsatzkohle Mmol Charcoal Mmol
Einsatzkohle  carbon charge
Erfinderisches inventive
Beispiel  example
Restkohle 50€/t 0,70 1 1 ,1 555€/t  Remaining coal 50 € / t 0,70 1 1, 1 555 € / t
Pyrolyse- 200€/t 0,14 1 ,7 340€/t  Pyrolysis- 200 € / t 0.14 1, 7 340 € / t
Kohlenstoff  carbon
Kraftstoff 600€/t 0,18 2,5 1500€/t (CH2)  Fuel 600 € / t 0,18 2,5 1500 € / t (CH2)
Summe 2395 €/t -24 km ol Total 2395 € / t -24 km ol
Vergasung mit Gasification with
C02-Ausstoß  C02 emissions
Kraftstoff 600€/t 0,77 10,8 6468€/t +230 kmol (CH2)  Fuel € 600 / t 0,77 10,8 6468 € / t +230 kmol (CH2)
Vergasung  gasification
ohne C02- Ausstoß Elektrolyse- 4700 -0,70 -1 ,4 -6580€/t without CO 2 emission Electrolysis 4700 -0.70 -1, 4 -6580 € / t
Wasserstoff €/t  Hydrogen € / t
(Windpark)  (Wind park)
Kraftstoff 600€/t 1 ,00 14,0 8400€/t  Fuel 600 € / t 1, 00 14.0 8400 € / t
(CH2)  (CH2)
Summe 1820€/t 0 kmol  Total 1820 € / t 0 kmol
Im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Erlös nach dieser Rechnung bei 2395€. In the case of the method according to the invention, the proceeds after this calculation is 2395 €.
Für die konventionelle Vergasung liegt dieser Erlös nach dieser Rechnung wesentlich höher und zwar bei 6468€. Bei dieser konventionellen Vergasung werden jedoch große Mengen an C02 in die Atmosphäre freigesetzt, weshalb dieses Verfahren auch stark in der öffentlichen Kritik steht. For conventional gasification, this revenue is much higher after this calculation, namely € 6468. In this conventional gasification, however, large amounts of CO2 are released into the atmosphere, which is why this process is also heavily criticized by the public.
Für die Kohlevergasung ohne C02-Produktion sind 0,7 mol Wasserstoff ohne Carbon Footprint erforderlich. Ein solcher Wasserstoff müsste zu 100% aus regenerativer Energie gewonnen werden. Elektrolytisch direkt vor Ort an einem Windpark gewonnener Wasserstoff wäre z.B. ein solcher. Nach einer Veröffentlichung in der Chem. Eng. Technol. 2016, 39, No. 6, 1 185-1 193„Financial and Ecological Evaluation of Hydrogen Production Processes on Large Scale" kostet ein solcher Wasserstoff ohne den nicht unerheblichen Logistikaufwand 4700€/t. Der Logistikaufwand ist deshalb so groß, weil die Speicherung und der Transport von Wasserstoff sehr aufwendig ist. For coal gasification without C02 production, 0.7 mol of hydrogen without carbon footprint is required. Such a hydrogen would have to be obtained 100% from regenerative energy. Hydrogen obtained electrolytically directly on site at a wind farm would be e.g. such a. After a publication in Chem. Eng. Technol. 2016, 39, no. 6, 1 185-1 193 The cost of such a hydrogen without the considerable logistical costs of 4,700 € / t costs such a large amount of hydrogen because the storage and transport of hydrogen is very costly is expensive.
Selbst ohne Berücksichtigung der teuren Wasserstofflogistik ließen sich im Fall der C02- freien Kohlevergasung nach dieser Rechnung lediglich ein Erlös von 1820€/mol Even without considering the expensive hydrogen logistics, in the case of CO 2 -free coal gasification according to this calculation, only a revenue of 1820 € / mol
Einsatzkohle erzielen, im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren, das nach dieser Rechnung einen Erlös von 2395€ erzielt (~ 30% mehr) und das zudem noch das Potenzial besitzt, sogar C02 aus der Atmosphäre zu entfernen. In contrast to the process according to the invention, the use of charcoal yields proceeds of € 2,395 (~ 30% more) and, moreover, has the potential to even remove CO 2 from the atmosphere.
2) Carbon Footprint im Vergleich mit ölbasierten Verfahren: 2) Carbon footprint compared with oil-based processes:
Dass das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich des Carbon Footprintes mindestens vergleichbar mit ölbasierten Verfahren ist, soll mit einem weiteren rechnerischen Vergleich verdeutlicht werden (siehe Figur 3). Dieser Vergleich basiert einerseits auf den experimentellen Ergebnissen wie im Beispiel in Figur 2, andererseits auf Simulationsergebnissen, die mit Hilfe eines thermodynamischen Simulators (analog ASPEN) erstellt wurde. The fact that the method according to the invention with respect to the carbon footprint is at least comparable with oil-based methods should be clarified by a further mathematical comparison (see FIG. 3). This comparison is based on the one hand on the experimental results as in the example in Figure 2, on the other hand on simulation results, which was created using a thermodynamic simulator (analog ASPEN).
Der Carbon Footprint-Wert für elektrischen Strom entspricht mit 0,35 t C02/MWhei dem Erwartungswert, der vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Berlin 2007 (J. Nitsch, Ausbaustrategie Erneuerbare Energien - Leistudie 2007) für The carbon footprint value for electric current corresponds to 0.30 t C02 / MWh e i the expected value, which was calculated by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Berlin 2007 (J. Nitsch, Renewable Energy Saving Strategy - Leistudie 2007)
Netzstrom im Jahr 2030 in Deutschland prognostiziert wurde. Die Carbon Footprint- Werte für die Vorketten entstammen der European Reference Life.- Cycle Database (ELCD 3.0, http://eplca.jrc.ec.europa.eu/7pape_id126). Mains electricity in 2030 in Germany was predicted. The carbon footprint values for the upstream chains are taken from the European Reference Life Cycle Database (ELCD 3.0, http://eplca.jrc.ec.europa.eu/7pape_id126).
Bei dem Vergleich werden in beiden Fällen, sowohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch bei dem Referenzverfahren, das den Stand der Technik darstellt, die gleichen Mengen an Produkt und Energie, d.h. die Summe von brennbaren Stoffen mit einem In the comparison, in both cases, both in the method according to the invention and in the reference method which is the state of the art, the same quantities of product and energy, i. the sum of combustibles with one
Heizwert in Summe von 4,68 SKE, hergestellt und zwar 1 ,0 t Benzin und 4,68 t Total calorific value of 4.68 SKE, produced 1, 0 t of gasoline and 4.68 t
Steinkohleeinheiten (SKE). Hard coal units (SKE).
Gemäß der Erfindung werden 20,48 t nasse Braunkohle eingesetzt, woraus 1 ,00 t Benzin in einem Methanol to Gasolin-(MTG)-Prozess, 0,57 t Pyrolysekoks und 5,94 t Restkohle erzeugt werden. In der Summe entsprechen der Pyrolysekoks und die Restkohle 4,30 t Steinkohleeinheiten. Dabei fallen 1 ,23 t Kohlendioxid an. Gemäß einem Vergleichsfall mit einem bekannten Verfahren werden durch Raffinerie von 1 ,09 t Rohöl 1 ,00 t Benzin gewonnen. Dabei fallen mit der vergleichsweisen Bereitstellung von 4,30 t  According to the invention, 20.48 tons of wet brown coal are used, from which 1.00 tons of gasoline are produced in a methanol to gasoline (MTG) process, 0.57 tons of pyrolysis coke and 5.94 tons of residual coal. In total, the pyrolysis coke and the residual coal correspond to 4.30 t hard coal units. This produces 1, 23 t of carbon dioxide. According to a comparative example with a known method, refinery of 1, 09 t of crude oil produces 1, 00 t of gasoline. This fall with the comparative provision of 4.30 t
Steinkohleeinheiten in Summe 2,62 t Kohlendioxid an, d.h. über 1 13 % mehr als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Dieser hohe Kohlendioxidanfall ist vor allem auf die Coal units totaling 2.62 tons of carbon dioxide, i. over 1 13% more than in the method according to the invention. This high carbon dioxide attack is mainly due to the
Förderung und den Transport der Importsteinkohle zurückzuführen sowie auf den Ausstoß an Kohlendioxid bei der Förderung des Erdöls, dem teilweisen Verbrennen des dabei anfallenden Erdölbegleitgases und auf die weiten Transportwege für das Öl in der Pipeline oder mit dem Schiff. Attributed to the extraction and transport of imported coal and to the emission of carbon dioxide in the extraction of oil, the partial burning of the associated associated gas and the long transport routes for the oil in the pipeline or by ship.
Tabelle 3: CO2- Vergleich der Herstellung für jeweils 1 ,0 t Benzin und 4,68 t Table 3: CO2 comparison of production for each 1, 0 t of gasoline and 4.68 t
Steinkohleeinheiten coal equivalent
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
Der erfindungsgemäße Prozess eröffnet zudem die Möglichkeit Überschussstrom The process according to the invention also opens up the possibility of excess current
gewinnbringend zu verwerten. Im vorliegenden Fall benötigt der Prozess 3,81 MWhei. Bei einem Carbon Footprint von 0,35 t CO MWhei für Netzstrom resultieren daraus 1 ,33 t CO2, die eingespart werden können, wenn der Prozess mit rein regenerativem Strom betrieben wird. In Summe wird der Prozess dann zur C02-Senke, denn es müssen 1 ,33 - 1 ,23 = 0,10 t CO2 von außen dem Prozess zugeführt werden. to be used profitably. In the present case, the process requires 3.81 MWh e i. With a carbon footprint of 0.35 t CO MWhei for grid current, this results in 1.33 t of CO2, which can be saved if the process is operated with purely regenerative electricity. In total, the process then becomes a C02 sink, because 1, 33 - 1, 23 = 0.10 t of CO2 have to be fed into the process from the outside.
Ausführungsbeispiel: Embodiment:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen (Figur 4) schematisch dargestellt und wird nachfolgend an Hand der Stoffbilanzen (Figuren 4a bis 4c) näher erläutert. Das Beispiel basiert auf Simultionsergebnissen, die mit Hilfe eines thermodynamischen Simulators (analog ASPEN) erstellt wurde, sowie auf die schon oben zitierten An embodiment of the invention is shown schematically in the accompanying drawings (Figure 4) and is explained in more detail below with reference to the material balances (Figures 4a to 4c). The example is based on simulation results obtained with the help of a thermodynamic simulator (similar to ASPEN) as well as on the ones already cited above
experimentellen Ergebnisse, die in der Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 22, 1916, „Versuchsergebnisse der trockenen Destillation einer Braunkohle bei verschiedenen Temperaturen" von Alexander Naumann, nach Versuchen von Wilhelm Weber veröffentlicht sind. experimental results published in the Zeitschrift für Elektrochemie, Vol. 22, 1916, "Experimental Results of the Dry Distillation of a Lignite at Various Temperatures" by Alexander Naumann, after experiments by Wilhelm Weber.
Über die Kohlezuführung 1 werden 1000,7 kg feuchte Braunkohle mit einem Wassergehalt von ca. 58 % in den Trockner 2 gefördert. In dem Trockner 2 wird der größte Teil, d.h. 529,8 kg von 578,5 kg = 92%, des in der Einsatzkohle physikalisch gebundenen Wassers abgetrennt. Dieses verlässt den Trockner 2 über die Wasserdampfleitung 3. Über die Trockenkohlezuführung 4 werden 470,9 kg getrocknete Kohle, die nun einen Wassergehalt von 46,7 kg, einen Kohlenstoffgehalt von 225,0 kg, einen Aschegehalt von 83,3 kg und einen Heizwert von 19,0 GJ/t aufweisen, in den Schwelreaktor 5 gefördert. About the coal feed 1 1000.7 kg wet lignite with a water content of about 58% are promoted in the dryer 2. In the dryer 2, the largest part, i. 529.8 kg of 578.5 kg = 92%, of the water physically bound in the feed coal. This leaves the dryer 2 via the steam line 3. About the dry coal feed 4 are 470.9 kg of dried coal, which now has a water content of 46.7 kg, a carbon content of 225.0 kg, an ash content of 83.3 kg and a calorific value of 19.0 GJ / t, promoted in the Schwelreaktor 5.
In dem Schwelreaktor 5 befindet sich ein Kohlebett, das auf Grund der Schwerkraft von oben nach unten wandert. Da die wandernde Kohle gleichzeitig durch aufströmendes Gas verwirbelt wird, stellt das Kohlenstoff-Bett ein Wirbelbett dar. Im Gegenstrom zu der nach unten wandernden Kohle strömt diesem ein Kreislaufgas entgegen. Dieses tritt in den Schwelreaktor 5 an dessen unterem Teil ein, erwärmt sich bei dem Strömen nach oben, wobei es die austretende Restkohle abkühlt. Am oberen Teil des Schwelreaktors 5 erwärmt das heiße Kreislaufgas, das nun auch die flüchtigen Komponenten enthält, die eintretende Einsatzkohle, kühlt sich dabei soweit ab (siehe Figur 4b, 239°C), dass gerade keine nennenswerten Anteile an flüchtigen Komponenten auskondensieren. In the carbonization reactor 5 is a coal bed, which moves due to gravity from top to bottom. Since the migrating coal is simultaneously fluidized by flowing gas, the carbon bed is a fluidized bed. Countercurrent to the downwardly moving coal, it flows against a recycle gas. This enters the carbonization reactor 5 at its lower part, heats up in the flow, wherein it cools the exiting residual carbon. At the upper part of the carbonization reactor 5, the hot recycle gas, which now also contains the volatile components, heats the incoming charge coal, cooling itself to such an extent (see FIG. 4b, 239 ° C.) that no appreciable amounts of volatile components condense out.
In dem Schwelreaktor 5 findet bei einem Druck von 5,0 bar und einer Temperatur von 750 °C ein Schwelprozess, der auch als Destillationsprozess bezeichnet werden kann, statt. Um die für den Schwelprozess erforderliche Wärme zu erzeugen, werden dem Schwelprozess 59 kWh elektrischer Energie zugeführt. Bei einer Temperatur von 750 °C werden die flüchtigen Bestandteile aus der Kohle ausgetrieben. Dabei entstehen 290,2 kg schadstoffarme In the carbonization reactor 5 is at a pressure of 5.0 bar and a temperature of 750 ° C, a carbonization process, which can also be referred to as a distillation process, instead. In order to generate the heat required for the smoldering process, 59 kWh of electrical energy are supplied to the smoldering process. At a temperature of 750 ° C, the volatiles are expelled from the coal. This produces 290.2 kg low-emission
Restkohle, die einen Aschegehalt von 83,3 kg, einen Schwefelgehalt von 0,2 kg und einen Heizwert von 18,7 GJ/t aufweist. Dies entspricht 26,2 GJ/t aschefrei. Diese Restkohle wird über die Restkohleabführung 6 aus dem Schwelreaktor 5 entfernt. Die Restkohle kann zur Substitution von Steinkohle oder getrockneter Braunkohle genutzt werden.  Residual coal with an ash content of 83.3 kg, a sulfur content of 0.2 kg and a calorific value of 18.7 GJ / t. This corresponds to 26.2 GJ / t ashless. This residual coal is removed via the residual coal discharge 6 from the carbonization reactor 5. The residual coal can be used for the substitution of hard coal or dried lignite.
Der Schwelprozess findet in dem Schwelreaktor 5 unter Luftabschluss und ohne The smoldering process takes place in the carbonization reactor 5 under exclusion of air and without
Wasserdampfzugabe statt. Bei dem Schwelprozess entstehen 151 ,9 kg Schwelgas. Dieses besteht aus Wasserstoff, Methan, höheren Kohlenwasserstoffen wie BTX (Gemisch aus Benzol, Toluol und Xylolen), Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff, Water vapor addition instead. The smoldering process produces 151, 9 kg of carbonization gas. This consists of hydrogen, methane, higher hydrocarbons such as BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes), carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen,
Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Quecksilber und anderen Schadstoffen. Water vapor, hydrogen sulfide, ammonia, mercury and other pollutants.
Am oberen Teil des Schwelreaktors 5 wird das Schwelgas zusammen mit dem Kreislaufgas (349,7 kg) über die Schwelgasleitung 7 entnommen. Davon werden 215,8 kg abgezweigt und nach einer Trocknung, wobei 46,8 kg Schwelkondensat entstehen, als Kreislaufgas (168,9 kg) wieder zurück in den unteren Teil des Schwelreaktors 5 gefördert. 133,9 kg Schwelgas werden mit einem Druck von 5 bar ohne Abkühlung oder sonstige Behandlung direkt in den Pyrolysereaktor 8 geleitet. Das Schwelkondensat wird in einem Phasenscheider in 28,8 kg Kondensatwasser, welches Kohlendioxid und Ammoniak enthält, und 18,0 kg organisches Kondensat, das aus höheren Kohlenwasserstoffen besteht, getrennt. Das organische Kondensat wird gemeinsam mit dem Schwelgas in den Pyrolysereaktor 8 geführt. In dem Pyrolysereaktor 8 befindet sich ein Wärmeträgermaterial, das bei einer Variante des Verfahrens aus Keramikkugeln besteht und zur Wärmeintegration genutzt wird. In diesem Pyrolysereaktor 8 werden in einer zweiten Stufe des Verfahrens die zugeführten Schwelgase thermisch bei einer Temperatur von 1400 °C und einem Druck von 5 bar in einer At the upper part of the carbonization reactor 5, the carbonization gas is removed together with the recycle gas (349.7 kg) via the carbonization line 7. Of these, 215.8 kg are diverted and after drying to give 46.8 kg of carbon monoxide, recycled as recycle gas (168.9 kg) back into the lower part of the carbonization reactor 5. 133.9 kg of carbonization are passed directly into the pyrolysis reactor 8 at a pressure of 5 bar without cooling or other treatment. The carbon black condensate is separated in a phase separator into 28.8 kg of condensate water containing carbon dioxide and ammonia and 18.0 kg of organic condensate consisting of higher hydrocarbons. The organic condensate is fed into the pyrolysis reactor 8 together with the carbonization gas. In the pyrolysis reactor 8 is a heat transfer material, which consists in a variant of the method of ceramic balls and is used for heat integration. In this pyrolysis reactor 8, the supplied carbonization gases are thermally at a temperature of 1400 ° C and a pressure of 5 bar in a second stage of the process
endothermen Reaktion pyrolysiert. Dabei werden auf Grund der hohen Temperaturen das Methan und die höheren Kohlenwasserstoffe, wie BTX (Gemisch aus Benzol, Toluol und Xylolen) und Teeranteile, in Wasserstoff und Kohlenstoff zersetzt. Auch im Schwelgas enthaltenes Ammoniak wird in Stickstoff und Wasserstoff zerlegt. Da das Schwelgas auch sauerstoffhaltige Komponenten wie H20 und CO2 enthält, laufen im Pyrolysereaktor auch Vergasungs- und Reformierungsreaktionen ab. pyrolyzed endothermic reaction. Due to the high temperatures, the methane and the higher hydrocarbons, such as BTX (mixture of benzene, toluene and xylenes) and tar, are decomposed into hydrogen and carbon. Ammonia contained in carbonization gas is also decomposed into nitrogen and hydrogen. Since the carbonization gas also contains oxygen-containing components such as H 2 0 and CO 2 , gasification and reforming reactions take place in the pyrolysis reactor.
Der bei der Pyrolyse aus dem Gasgemisch ausgeschiedene Kohlenstoff setzt sich an dem Wärmeträgermaterial ab. Da das Wärmeträgermaterial ein anderes The precipitated in the pyrolysis of the gas mixture carbon settles on the heat transfer material. Since the heat transfer material another
Wärmeausdehnungsverhalten aufweist als der sich darauf abgesetzte Kohlenstoff, kann dieser relativ einfach von dem Wärmeträgermaterial entfernt werden. Dieser Kohlenstoff liegt nun in hochreiner Form als Pyrolysekoks vor. Er ist ein qualitativ wertvolles Produkt, das Raffinerie-Petrolkoks ersetzen und beispielsweise zur Elektrodenproduktion genutzt werden kann. Er wird über die Kohlenstoffleitung 1 1 aus dem Pyrolysereaktor 8 entfernt.  Thermal expansion behavior than the carbon deposited thereon, this can be relatively easily removed from the heat transfer material. This carbon is now in a highly purified form as a pyrolysis coke. It is a high-quality product that can replace refinery petroleum coke and be used, for example, for electrode production. It is removed via the carbon line 1 1 from the pyrolysis reactor 8.
In dem Pyrolysereaktor 8 bewegt sich das Wärmeträgermaterial auf Grund der Schwerkraft von oben nach unten. Es wird im Kreislauf geführt. Das aus dem Schwelreaktor 5 kommende Schwelgas wird in den unteren Teil des Pyrolysereaktors 8 geleitet und strömt in diesem im Gegenstrom zu dem Wärmeträgermaterial nach oben. Da das im oberen Teil des In the pyrolysis reactor 8, the heat transfer material moves by gravity from top to bottom. It is being circulated. The carbonization gas coming from the carbonization reactor 5 is passed into the lower part of the pyrolysis reactor 8 and flows upwards in this in countercurrent to the heat transfer material. Since that in the upper part of the
Pyrolysereaktors 8 aufgegebene Wärmeträgermaterial relativ kalt ist, kühlt sich das nach der Pyrolyse vorliegende Gasgemisch ab und erwärmt dabei im Wärmetausch das  Pyrolysis reactor 8 abandoned heat transfer material is relatively cold, the present after the pyrolysis gas mixture cools and thereby heats the heat exchange
Wärmeträgermaterial. Dagegen ist der Kohlenstoff, der am unteren Ende des Heat transfer material. In contrast, the carbon that is at the bottom of the
Pyrolysereaktors 8 durch die Kohlenstoffleitung 9 austritt, noch heiß. Er weist eine Pyrolysis reactor 8 exits through the carbon line 9, still hot. He has one
Temperatur von etwa 292 °C auf. Er wird durch ein im Kreislauf geführtes Inertgas, beispielsweise Stickstoff, gekühlt. Temperature of about 292 ° C on. It is cooled by a recirculated inert gas, for example nitrogen.
Da die Pyrolysereaktion endotherm ist, muss dem Pyrolysereaktor 8 ständig Wärme zugeführt werden. Dies erfolgt über eine elektrische Heizung, die 73 kWhei zu Wärme umsetzt. Since the pyrolysis reaction is endothermic, heat must be constantly supplied to the pyrolysis reactor 8. This is done via an electric heater, which converts 73 kWh e i into heat.
Alternativ besteht die Möglichkeit, außerhalb des Pyrolysereaktors 8 einen Gasstrom mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens zu erhitzen und den erhitzten Gasstrom in den Pyrolysereaktor 8 einzuleiten. Eine weitere ökonomisch und ökologisch interessante Alternatively, it is possible outside of the pyrolysis reactor 8 to heat a gas stream by means of an electric arc and the heated gas stream in the Initiate pyrolysis reactor 8. Another economically and ecologically interesting
Möglichkeit der Wärmezufuhr besteht darin, einen Teil der Reaktionspartner mit reinem Sauerstoff zu verbrennen. Abwandlung des Beispiels: Possibility of heat supply is to burn a part of the reactants with pure oxygen. Modification of the example:
Bei einer anderen Variante des Verfahrens besteht das bei der Pyrolyse eingesetzte Wärmeträgermaterial nicht aus Keramikkugeln, sondern aus einem kohlenstoffreichen Granulat, das z.B. aus Pyrolysekoks besteht und im Kreislauf geführt wird. Dabei werden 235 kg Pyrolysekoks im Kreislauf geführt. Dieser Pyrolysekoks bildet in dem Pyrolysereaktor 8 ein Koksbett, das als Wander- oder Wirbelbett ausgebildet ist. Der Pyrolysekoks wird am oberen Teil des Pyrolysereaktors 8 aufgegeben und wandert während der Pyrolyse auf Grund der Schwerkraft nach unten. Das Schwelgas, das am unteren Teil des In another variant of the method, the heat transfer material used in the pyrolysis consists not of ceramic balls, but of a carbon-rich granules, e.g. consists of pyrolysis and is recycled. This 235 kg pyrolysis are recycled. This pyrolysis coke forms in the pyrolysis reactor 8 a coke bed, which is designed as a moving or fluidized bed. The pyrolysis coke is charged at the top of the pyrolysis reactor 8 and moves downwards during pyrolysis due to gravity. The carbonization gas, which at the lower part of the
Pyrolysereaktors 8 aufgegeben wird, strömt nach oben. Es wird dabei bis zur Pyrolysis reactor 8 is abandoned, flows upwards. It will be up to
Zersetzungstemperatur der Kohlenwasserstoffe aufgeheizt. Nach dem Erreichen derDecomposition temperature of the hydrocarbons heated. After reaching the
Zersetzungstemperatur zerfallen die Kohlenwasserstoffe nahezu vollständig in Kohlenstoff und Wasserstoff. Der sich dabei abscheidende Kohlenstoff lagert sich an den Pyrolysekoks an. Der Pyrolysekoks besteht aus einem reinen und hochwertigen Kohlenstoff. Er wird über die Kohlenstoffleitung 9 aus dem Pyrolysereaktor 8 entfernt. Dabei werden 28,1 kg Decomposition temperature, the hydrocarbons decompose almost completely into carbon and hydrogen. The carbon which separates out deposits on the pyrolysis coke. The pyrolysis coke consists of a pure and high-quality carbon. It is removed via the carbon line 9 from the pyrolysis reactor 8. This will be 28.1 kg
Pyrolysekoks mit einem Heizwert von 34,0 GJ/t und einer Temperatur von 292 °C Pyrolysis coke with a calorific value of 34.0 GJ / t and a temperature of 292 ° C
weggeführt. Die Wärme des heißen Pyrolysekokses wird zum Trocknen der Einsatzkohle im Trockner 2 genutzt. led away. The heat of the hot pyrolysis coke is used to dry the feed coal in the dryer 2.
Das in der zweiten Stufe nach der Pyrolyse vorliegende Gasgemisch enthält vorwiegend Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Rest-Methan und weitere Schadstoffe, wie Quecksilber u. dgl. 137,8 kg dieses Gasgemisches werden auf ca. 71 bar verdichtet und danach mit einer Temperatur von 190°C über die The present in the second stage after the pyrolysis gas mixture contains mainly hydrogen, carbon monoxide, ammonia, water vapor, hydrogen sulfide, residual methane and other pollutants, such as mercury u. Like. 137.8 kg of this gas mixture are compressed to about 71 bar and then with a temperature of 190 ° C over the
Gasgemischleitung 10 zu der Schadstoffabtrennung 1 1 geführt. Dort wird das Gasgemisch entschwefelt und gereinigt, wobei die Schadstoffe 12 abgetrennt werden. Dabei werden 3,4 kg Schadstoffe 12 entfernt. Das gereinigte Gasgemisch stellt nun ein Synthesegas dar. Dieses wird über die Synthesegasleitung 13 zum Synthesereaktor 14 geführt. Das Gas mixture line 10 to the pollutant separation 1 1 out. There, the gas mixture is desulfurized and purified, the pollutants 12 are separated. This 3.4 kg of pollutants 12 are removed. The purified gas mixture is now a synthesis gas. This is conducted via the synthesis gas line 13 to the synthesis reactor 14. The
Synthesegas ist der Ausgangsstoff für Synthesen zur Erzeugung verschiedener organische Produkte, wie Methanol, Dimethylether, Benzin und Diesel über die Fischer/T ropsch- Synthese. Synthesis gas is the starting material for syntheses for the production of various organic products, such as methanol, dimethyl ether, gasoline and diesel via Fischer / Tschopsch synthesis.
Damit das für die Synthesen erforderliche Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis von 2 vorliegt, werden 13,0 kg zusätzliches Kohlendioxid aus einer Fremdquelle über die In order for the necessary for the syntheses hydrogen carbon monoxide ratio of 2 is present, 13.0 kg of additional carbon dioxide from a foreign source on the
Kohlendioxidleitung 15 in den Synthesereaktor 14 eingebracht. Einschließlich des Carbon dioxide line 15 introduced into the synthesis reactor 14. Including the
Kohlendioxids werden insgesamt 150,8 kg Synthesegas in den Synthesereaktor 14 geleitet. Die Syntheseprodukte, wie Methanol, Dimethylether, Benzin und Diesel, werden durch die Produktleitung 16 aus dem Synthesereaktor 14 weggeführt. Carbon dioxide are passed a total of 150.8 kg of synthesis gas in the synthesis reactor 14. The synthesis products, such as methanol, dimethyl ether, gasoline and diesel, are led away from the synthesis reactor 14 through the product line 16.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur parallelen Erzeugung von Synthesegas, Kohlenstoff und Restkohle aus einer Einsatzkohle mit einem molaren H- zu C-Verhältnis in der wasser- und aschefreien Kohle von größer 0,5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe mindestens ein Teil der flüchtigen Bestandteile der Einsatzkohle thermisch bei Temperaturen von 500 bis 1000°C aus der Einsatzkohle ausgetrieben werden und mindestens ein Teil dieser flüchtigen Bestandteile nachfolgend in einer zweiten Stufe thermisch bei Temperaturen von 1000 bis 1800°C zu Synthesegas und Kohlenstoff umgesetzt werden und beide Reaktionsprodukte der zweiten Stufe aus dem Reaktor ausgetragen werden, wobei die Umsetzung der zweiten Stufe als 1. A process for the parallel production of synthesis gas, carbon and carbon from a charcoal with a molar H to C ratio in the water and ashless coal greater than 0.5, characterized in that in a first stage, at least a portion of the volatile Components of the feed coal are thermally expelled from the feed coal at temperatures of 500 to 1000 ° C and at least a portion of these volatile components are subsequently thermally reacted in a second stage at temperatures of 1000 to 1800 ° C to synthesis gas and carbon and both reaction products of the second stage be discharged from the reactor, wherein the implementation of the second stage as
unterstöchiometrische Reformierung und thermische Zersetzung durchgeführt wird.  substoichiometric reforming and thermal decomposition is performed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen der ersten Stufe 600 bis 800°C sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that the temperatures of the first stage are 600 to 800 ° C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen der ersten Stufe 700 bis 800°C sind. 3. The method according to claim 1, characterized in that the temperatures of the first stage are 700 to 800 ° C.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Stufe eingesetzte Kohle aus vorgetrockneter Braunkohle besteht, deren Wassergehalt zwischen 0 und 25 % liegt. 4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the coal used in the first stage consists of pre-dried lignite whose water content is between 0 and 25%.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe in Anwesenheit eines Wärmeträgers, der im Bereich von 1000 bis 1800°C temperaturbeständig ist, durchgeführt wird. 5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the second stage in the presence of a heat carrier, which is temperature resistant in the range of 1000 to 1800 ° C.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe eine nicht-katalytische unterstöchiometrische Reformierung durchgeführt wird. 6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that in the second stage, a non-catalytic substoichiometric reforming is carried out.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe das Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der 7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that in the first stage, the expulsion of the volatile constituents from the
Einsatzkohle in Gegenwart eines sich von oben nach unten bewegenden, gegebenenfalls teilweise fluidisierten, Bettes aus Einsatzkohle erfolgt und im  Charcoal in the presence of a moving from top to bottom, possibly partially fluidized bed of feed coal takes place and in
Gegenstrom dazu von unten nach oben ein gasförmiger Kreislaufstrom geführt wird.  Countercurrent to from bottom to top, a gaseous circulation stream is performed.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufstrom aus einem Teil der ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile besteht, in dem ein Teil der flüchtigen Bestandteile der Einsatzkohle auf eine Temperatur von 20 bis 80 °C abgekühlt wird, wobei die dabei kondensierbaren Komponenten abgetrennt werden und das verbleibende Restgas als Kreislaufstrom zur ersten Stufe rezirkuliert wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the circulation stream consists of a part of the expelled volatile constituents in which a part of the volatile constituents of the feed coal is cooled to a temperature of 20 to 80 ° C, wherein the thereby condensable components are separated and the remaining residual gas is recirculated as a recycle stream to the first stage.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegende Bett aus Einsatzkohle als Wanderbett oder als Wirbelbett ausgestaltet ist, wobei im Fall eines Wirbelbetts der Wärmeträger zumindest in der Reaktionszone teilweise fuidisiert ist. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the moving bed of feed coal is designed as a moving bed or as a fluidized bed, wherein in the case of a fluidized bed of the heat transfer medium is at least partially fuidisiert in the reaction zone.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe die thermische Umsetzung der flüchtigen Bestandteile aus der Einsatzkohle in Gegenwart eines sich von oben nach unten bewegenden Bettes aus Wärmeträgern erfolgt und im Gegenstrom dazu von unten nach oben die flüchtigen Bestandteile aus der Einsatzkohle und die kondensierbaren Komponenten des 10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that in the second stage, the thermal conversion of the volatile constituents from the feed coal in the presence of a moving from top to bottom bed of heat transfer and countercurrently thereto from bottom to top the volatiles from the feed coal and the condensable components of the
Kreislaufstroms geführt werden.  Circulatory power to be performed.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegende Bett der zweiten Stufe als Wanderbett ausgestaltet ist. 1 1. A method according to claim 10, characterized in that the moving bed of the second stage is designed as a moving bed.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der in der zweiten Stufe ausgetragene Kohlenstoff durch einen Inertgasstrom abgekühlt wird, der zur Vortrocknung der Einsatzkohle genutzt und im Kreislauf nach Auskondensation des Wassers wieder zum Abkühlen des Kohlenstoffs eingesetzt wird. 12. The method according to at least one of claims 1 to 1 1, characterized in that the discharged carbon in the second stage is cooled by an inert gas stream, which is used for predrying the feed coal and is used in the cycle after condensation of the water again to cool the carbon ,
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der in der zweiten Stufe ausgetragene Kohlenstoff durch einen Inertgasstrom abgekühlt wird, der zur Erzeugung von Energie genutzt und im Kreislauf wieder zum Abkühlen des Kohlenstoffes eingesetzt wird. 13. The method according to at least one of claims 1 to 1 1, characterized in that the discharged in the second stage carbon is cooled by an inert gas stream, which is used to generate energy and used in the circuit again for cooling the carbon.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren beider Stufen mit mindestens einem elektrischen und mindestens einem nicht-elektrischen Beheizungssystem ausgestattet sind. 14. The method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the reactors of both stages are equipped with at least one electrical and at least one non-electric heating system.
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