Oosthoek Encyclopedie

Oosthoek (1985)

Gepubliceerd op 09-03-2021

Steenkoolvergassing

betekenis & definitie

v., technologisch proces waarbij steenkool wordt omgezet in gasvormige produkten die dienen als brandstof of voor de bereiding van een groot aantal zeer verschillende produkten.

(e) Steenkoolvergassing is een van de methoden die het aanbod en de toepasbaarheid van de energiegrondstoffen vergroten. De voorraden steenkool zijn vele malen groter dan de voorraden aardolie en aardgas. Steenkool heeft echter, doordat het een vaste stof is, beduidend minder praktische toepassingen dan de andere energiegrondstoffen. Bovendien komen bij de verbranding van steenkool veel meer milieuverontreinigende stoffen vrij dan bij de verbranding van aardolie en aardgas. Toch zullen de verwachte daling van de aardolie- en aardgasproduktie en de politieke en economische aspecten daarvan een vergrote inzet van steenkool noodzakelijk maken. Teneinde het aantal toepassingen van steenkool te vergroten zoekt men al tientallen jaren naar mogelijkheden om steenkool om te zetten in vloeibare of gasvormige koolwaterstoffen. Ook onderzoekt men de mogelijkheden om ondergronds steenkoollagen te vergassen.

Er zijn nu in principe drie methoden bruikbaar voor het vergassen van steenkool: vastbed-, stofwolk- en wervelbedprocessen. Een gemeenschappelijk kenmerk van de ontwikkelde vergassingsprocessen is dat ze met een reactor werken, waarin de fijngemalen kool in contact wordt gebracht < met een vergassingsmiddel bij een temperatuur Ria Stalman

van ten minste 700 °C. Als residu mag alleen as, zonder bruikbare kooldelen, achterblijven. Aan deze eis voldoen de meeste processen nog niet.

Meestal zijn de vergassingsmiddelen stoom en lucht of zuurstof. Het resulterende ruwe gas bestaat uit koolmonoxide (CO), waterstof en methaan als gewenste produkten, en C02, waterdamp, stikstof en zwavelverbindingen (vooral zwavelwaterstof). De samenstelling van het ruwe gas is sterk afhankelijk van het type kool, de samenstelling van het vergassingsmiddel (lucht of zuurstof) en de reactieomstandigheden.

Vastbedvergassers. Hierbij wordt de kool van boven in de reactor gebracht om vervolgens tijdens het vergassingsproces naar beneden te zakken. Het vergassingsmiddel wordt onder in de reactor gebracht. Het produkt ontwijkt aan de bovenzijde. Als de temperatuur in de reactiezone 1200 °C bedraagt, komt er droge as onder uit de reactor. Bij 1600 °C is de slak vloeibaar. De nieuwste uitvoering van het lurgiproces (de Lurgi V) is sinds 1980 in gebruik bij SASOL in Zuid-Afrika.

Deze vergasser kan tot 84 t kool per uur vergassen. Wervelbedreactor. Voor dit type reactor wordt de kool fijngemalen (2-10 mm). Door het vergassingsmiddel worden de deeltjes in een gefluïdiseerde toestand gebracht. De as wordt aan de onderzijde van de reactor afgevoerd. Een proeffabriek die werkt volgens het Westinghouse-proces verwerkt sinds 1982 24 t per dag.

Suspensievergasser. Bij de supensievergasser of stofwolkvergasser is de kool nog fijner dan bij de wervelbedvergasser (<1 mm). De kool wordt als een suspensie in het vergassingsmiddel door de reactor gevoerd. De temperatuur in de vlam loopt tot 2000 °C op. De volgens dit proces werkende Texaco-vergasser is afgeleid van een al jaren werkende vergasser die wordt gebruikt voor het vergassen van o.a. zware aardolieresiduen. De kool wordt als een dikke waterige brij in de brander gebracht. Dit heeft als voordeel dat bij het malen geen stofproblemen ontstaan.

De werkdruk gaat tot 84 atm. Ook de Shell-vergasser is een suspensievergasser. Sinds 1978 werkt te Harburg bij Hamburg een proefinstallatie die 150 t per dag verwerkt. De poederkool wordt met 2 % vocht gemengd. Het proces werkt bij 30 atm. Het Koppers-Totzek-proces is een suspensievergassing van gepoederde kool bij atmosferische druk. Er werkt sinds 1978 een vergasser met vier branders die tot 850 t per dag kan verwerken.

Men vergast steenkool o.a. voor het verkrijgen van een arm gas (met lucht) dat dient als brandstof. Ook dient steenkoolvergassing voor de bereiding van synthetisch aardgas (SNG), vloeibare koolwaterstoffen (SASOL) of synthesegas dat weer dient voor de bereiding van o.a. ammoniak, methylalcohol en azijnzuuranhydride. Voor de bereiding van synthetisch aardgas of vloeibare koolwaterstoffen zijn grote hoeveelheden kool nodig:

1000-1250 t steenkool levert 350 000 m3 SNG of 400 m3 vloeibare koolwaterstoffen. Daarbij ontstaat 50 t aan vaste afvalstoffen. Een van de belangrijkste milieuproblemen bij de normale verbranding van steenkool, het vrijkomen van zwaveldioxide, speelt bij steenkoolvergassing geen rol. De aanwezige zwavel wordt tijdens de vergassing omgezet in zwavelwaterstof (H2S) dat eenvoudig uit het produktgas kan worden verwijderd. Ondergronds vergassen. Na 1975 is het ondergronds vergassen (in-situ-vergassing) van steenkoollagen uitgegroeid van een te lichtzinnig opgenomen proces tot een volwaardige methode voor het verkrijgen van synthetische koolwaterstoffen. Het proces kan dienen voor de bereiding van benzines, methanol, synthetisch aardgas, gas voor industriële verwarming of opwekking van elektriciteit.

Ondergronds vergassen werd al op verschillende plaatsen toegepast bij het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog. In België werd in 1948 een proefneming op vrij grote schaal verricht in een verlaten mijn nabij Luik. In de jaren vijftig is de belangstelling voor ondergrondse vergassing echter getaand, voornamelijk door het ter beschikking komen van zeer grote hoeveelheden aardolie tegen uiterst lage prijzen. Alleen in de USSR is het werk voortgezet. Daardoor is in de USSR de meeste kennis omtrent de ondergrondse steenkoolvergassing opgebouwd. Pas na de energiecrisis is de belangstelling voor ondergrondse vergassing herleefd. Van de pas begonnen experimenten zijn de Amerikaanse met ondiepe en de Belg.-Duitse te Thulin (Henegouwen) met diepe steenkoollagen het belangrijkst.

Het principe van ondergrondse steenkoolvergassing is eenvoudig. Er worden vanaf het oppervlak twee gaten geboord naar een steenkoollaag waarna in de steenkool een verbinding tussen beide tot stand wordt gebracht. Vervolgens wordt in een van de boorgaten lucht of zuurstof gepompt, waarna de steenkool ondergronds wordt aangestoken. De zuurstof reageert in eerste instantie met de kool onder vorming van kooldioxide (C02). Verderop waar overmaat kool aanwezig is, wordt het kooldioxide tot het gewenste koolmonoxide gereduceerd. Aan de ingepompte lucht kunnen ook nog andere stoffen worden toegevoegd, m.n. water of stoom.

Dan kan het uittredende mengsel ook andere brandbare gassen, zoals waterstof (H2) en methaan (CH4) bevatten. Toepassing van hoge druk, onder toevoeging van stoom, bevordert het ontstaan van methaan, waardoor de calorische waarde van het gas sterk stijgt. Voor het verbinden van de producerende boorgaten werden explosieven, breken van de kool met water onder hoge druk en omkeerverbranden gebruikt; soms werden ook gangen gegraven. Grootste probleem bij deze methoden was dat de afstand tussen de beide boorgaten nooit groter dan enkele tientallen meters kon zijn, waardoor de te winnen hoeveelheid kool te klein bleef om de kosten van het boren te dekken. Dit geldt zeker voor diepe steenkoollagen. Hierin is de laatste jaren verandering gekomen door een snelle evolutie van de methoden om gekromde boorgaten te maken. Hierdoor is men in staat over grote afstanden ook horizontaal de steenkoollagen te volgen, waardoor de kosten aanzienlijk daalden.

Een van de moeilijkheden bij vergassen van steenkoollagen op geringe diepte is de aanwezigheid van veel water. Ook treden lekverliezen op naar het oppervlak door spleten of via de natuurlijke doorlaatbaarheid, waardoor vergassen onder hoge druk onmogelijk is. Bij vergassing van diepe steenkoollagen kan men wel met grotere drukken (tot 100 atm.) werken, waardoor een gas met een redelijke calorische waarde kan worden geproduceerd. Lekverliezen en wateroverlast zullen op grote diepte niet optreden.

< >