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Verfahren zur Erzeugung von Starkgas und Nebenprodukten dureh Vergasung von bituminösen
Brennstoffen oder Entgasungsrückstanden.
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10-15 Atm. Pressung durchgeführt wird, steht dann das Rohgas bereits unter einem Druck, der den an sich bekannten Erfordernissen des Auswasehens und des Transportes des Gases in einer Fernleitung genügt. Hiezu ist z.
B. bei elektrolytischer Erzeugung des Sauerstoffes unter Druck zudem keinerlei Kompression der Bestandteile des Vergasungsmittels erforderlich, während bei den bisher bekannten Sauerstoffvergasungsverfahren, bei denen das unter atmosphärischer Spannung erzeugte Rohgas kom- primiert werden muss, ein ausserordentlich grosser Aufwand an Betriebs-und Anlagekosten für die Kom- pressoren und die Kompression unvermeidlich war.
Die Reaktion unter hohem Druck wirkt sich weiter vorteilhaft dahin aus, dass mit ihr eine wesent- liche Leistungssteigerung im Durchsatz verknüpft ist. Die Staubentwicklung und Gefahr des örtlichen Gasdurehbruchs im Gaserzeuger ist bekanntlich bei gleicher Korngrösse des Brennstoffs proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit und direkt proportional dem spezifischen Gewicht des Vergaunsp- mittels ; demnach kann gegenüber der üblichen Vergasung unter ungefähr atmosphärischem Druck mit zunehmendem Vergasungsdruek auch die Quersehnittsbelastung mit dem Wurzelwert dieses Druckes gesteigert werden, so dass, ganz abgesehen von der bereits durch Sauerstoffvergasung möglichen Leistung. ; ;
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Die Anwendung hohen Druckes bewirkt, wie bereits bemerkt, bei dem Verfahren gemäss der
Erfindung zusammen mit der hohen Wasserdampfsättigung eine wesentliche Verbesserung des Gases durch Bildung von Methan und andern Kohlenwasserstoffen (Äthan, Äthylen, Propan, Leiehtöle u. de !.), t die durch Anlagerung des primär entstandenen Wasserstoffes an Kohlenstoff entstehen. Für den allgemeinen Ablauf der Gasreaktionen ist bekannt, dass steigende Temperaturen den Zerfall dieser Ver-
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zu dem System mit kleinem Volumen, d. h. in diesem Fall zur Bildung von Kohlenwasserstoffverbindungen unter Aufnahme von freiem Wasserstoff.
Versuche haben gezeigt, dass es besonders bei jiingeren Brenn- stoffen möglich ist, bei dieser Arbeitsweise einen kontinuierlichen Vergasungsprozess bei Temperaturen von 600 bis 7000 C durchzuführen, so dass niedere Temperaturen und hoher Druck bereits im Gaserzeuger den Reaktionsablauf in Richtung der gewünschten Kohlenwasserstoffbildung beeinflussen. Weiter kann durch Beigabe von katalytisch wirkenden Zusehlägen, wie Eisenoxyd, zum Brennstoff eine wesentliche
Reaktionsbeschleunigung erzielt werden.
Von besonderem Vorteil ist es, dass die Kohlenmonoxydbildung durch die niedere Vergasungstemperatur und die Wirkung des hohen Druckes zugunsten der Kohlen- säurebildung noch weiter zurückgedrängt wird, so dass im Endgas der erwünschte geringe CO-Gehalt erreicht wird, während die Kohlensäure als inerter Gasbestandteil leicht mit Hilfe bekannter Verfahren entfernt werden kann, wobei die sonst erforderliche besondere Verdichtung in Fortfall kommt. Gleich- zeitig ermässigt sich die je Kubikmeter erzeugten Gases erforderliche Sauerstoffmenge mit der Steigerung des Druckes infolge der stark exothermen Methan-und der vermehrten Kohlensäurebildung.
Das gemäss dem Verfahren der Erfindung erzeugte Gas kann unmittelbar beliebigen, an sich bekannten weiteren Reinigungs-und Veredelungsverfahren unterworfen werden, deren Durchführung durch den bereits vorhandenen Druck wesentlich erleichtert und beschleunigt wird. Dies gilt z. B. für die erwähnte Kohlensäureauswaschung, ferner für die Anwendung der Sabatier-J\1Iethanbildungsreaktion, die Schwefelreinigung und die Kondensation der Benzin-Kohlenwasserstoffe. Es wird mit Hilfe dieses
Verfahrens möglich gemacht, durch Vergasung unter erhöhtem Druck selbst minderwertige gasarme
Brennstoffe, wie Braunkohle, in ein Starkgas umzuwandeln, das im spezifischen Gewicht, seinem
Heizwert und geringen Kohlenoxydgehalt der Leuchtgasnorm (etwa 4200 WE) entspricht.
Ein besonders hochwertiges Gas mit hohem Gehalt an Kohlenwasserstoffen und gleichzeitig geringstem Gehalt an Kohlenmonoxyd erhält man, wenn dem Sauerstoff so viel Wasserdampf zugemiseht wird, dass die Vergasungstemperatur zirka 9000 beträgt.
Bei kontinuierlichem Betrieb muss der zu vergasende Brennstoff naturgemäss mittels besonderer
Vorrichtungen in den Vergasungsraum eingeführt werden. Dies geschieht zur Vermeidung jegliehen
Gasverlustes, wie bekannt, dadurch, dass eine Schleusenkammer vorgesehen wird. In diese wird der Brenn- stoff eingeführt, worauf die Kammer geschlossen und mit der aus dem Verfahren anfallenden über- schüssigen Kohlensäure oder mit Wasserdampf oder beiden oder ähnlichen Mitteln auf den Innendruck des Gaserzeugers gebracht wird. Der Brennstoff wird darauf aus der Kammer in den Vergaser über- geführt und Kammer und Vergaser zwecks Einführung einer neuen Beschickung wieder getrennt.
Bei stark wasserhaltigen Brennstoffen kann die Schleusenkammer auch derart ausgebildet werden. dass darin die Trocknung des Brennstoffes nach den bekannten mit direkter Einleitung von hochgespannten
Dampf arbeitenden Troeknungsverfahren ermöglicht wird. In gleicher Weise erfolgt die Beseitigung des Vergasungsrückstandes durch Ausschleusen. Der Gaserzeuger selbst wird in der üblichen Weise als ein ausgemauerter zylindrischer Schacht mit oder ohne mechanische Entasehungsvorrichtung aus- geführt. Auch kann eine Kühlung des Mantels durch Wasser oder Luft ohne Schwierigkeit ausgeführt werden.
Wenn in besonderen Fällen sehr hohe Drücke, z. B. 100 Atm., angewendet werden sollen. kann man jedoch eine intermittierende Gaserzeugung statt der als Beispiel genannten kontinuierlichen Ver-
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gasung anwenden. Zu diesem Zweck wird der Vergasungsraum nach beendigter Reaktion entspannt, der RÜckstand daraus entfernt und der Vergasungsraum wieder neu mit Brennstoff aufgefüllt. Es kann in diesem Fall auf den Einbau besonderer Schleusen verzichtet werden.
Der Druck, unter dem die Vergasung vorgenommen wird, braucht natürlich nicht dem Fern- ) leitungsdruck, der im allgemeinen 5-10 Atm. beträgt, zu entsprechen. So kann es in gewissen Fällen zweckmässig sein, z. B. bei 50 Atm. zu vergasen, wenn damit ein Starkgas hergestellt werden kann, das schon nach Auswaschen der Kohlensäure die gewünschte Zusammensetzung hat. Die überschüssige
Spannungsenergie wird dann vorteilhaft, wie an sich bekannt, zum Antrieb der für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Hilfsmaschinen verwendet. Es kann auch der Gasdruck zwischen den ) einzelnen Reinigungs-und Veredelungsoperationen stufenweise geändert werden.
Mit besonderem Vorteil lassen sich auch staubförmige Brennstoffe nach dem Verfahren verarbeiten.
Den zu vergasenden Staub lässt man z. B. in einem ausgemauerten senkrechten oder schrägen Schacht nach abwärts rieseln, während das unter hohem Druck stehende Vergasungsmittel von unten in diesen
Schacht eingeführt wird, wo es im Gegenstrom zu dem Staub nach oben strömt ; hiebei wird der Staub, 'zweckmässig etwa durch tangentiale Einleitung des Vergasungsmittels, in bekannter Weise unter Wirbel- bewegung eine Zeitlang in der Schwebe gehalten und in Gas übergeführt. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass Vergasungsmittel und Staub im Gleichstrom von unten in den Reaktion- behälter eingeführt werden, dessen oberer Teil zur Verbesserung der Trennung des erzeugten Gases von den Feststoffen konisch erweitert ist.
Zur Beseitigung des Vergasungsrüekstandes wird die Zufuhr des
Vergasungsmittels in Zeitabständen von beispielsweise fünf Minuten auf einige Sekunden unterbrochen, so dass der Rückstand durch die verengte Zone hindurch nach abwärts fallen kann. Es ist hiebei nicht nötig, den Vergasungsraum zu entspannen.
Zur Steigerung der Hydrierungswirkung des im Vergasungsprozess gebildeten Wasserstoffes kann der Vergasungszone noch eine besondere Hydrierungszone vorgeschaltet werden, in welcher der gebildete
Wasserstoff längere Zeit über der Vergasungszone auf den Brennstoff einwirken kann. Die wasserstoff- haltigen Gase können unmittelbar aus der Vergasungszone in die darÜberliegende Hydrierungszone über- treten, während der Brennstoff allmählich in die Vergasungszone niedersinkt. Die für die Hydrierung notwendige Wärme wird grösstenteils durch das aufsteigende Gas selbst geliefert. Da aber eine möglichst genaue Temperaturregelung die Hydrierungsreaktion sehr beschleunigt, ist eine besondere zusätzliche
Heizung (z.
B. auf 450 C) der Hydrierungszone vorgesehen, die in bekannter Weise beispielsweise durch
Heizkörper erfolgen kann, welche die Hydrierungszone durchdringen und die entweder mit Gasen oder
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Temperatur gebracht.
Das erzeugte Gas wird zusammen mit den in der Hydrierungszone entstandenen gasförmigen und kondensierbaren Kohlenwasserstoffen nach der Reinigungsanlage abgeführt, um dort der weiteren Behandlung, wie beispielsweise Kohlensäureauswasehung, Entbenzinienmg und Entschwefelung, unterzogen zu werden.
Um die Ausbeute an gasförmigen und kondensierbaren Kohlenwasserstoffen weiter zu steigern, kann auch das in der Vergasungszone gebildete Gas oder ein Teil desselben vor seiner Einleitung in die Hydrierungszone von Kohlensäure, Wasserdampf und schwefelhaltigen Verbindungen befreit und in die Hydrierungszone eingeführt werden. Vor der Einführung wird zweckmässig dieses Gas auf die Hydrierungstemperatur erhitzt, um die für den Hydrierungsprozess notwendige Wärmemenge mitzubringen. Das aus der Hydrierungszone abströmende Gas kann zusammen mit den aus der Vergasungszone kommenden Gasen oder für sich allein der weiteren Behandlung, wie Entbenzinierung und Kohlen- säureabscheidung u. dgl., unterzogen werden.
Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Sie besteht aus einem z. B. zylindrischen Schacht 1 aus Stahl, der je nach den gewünschten Arbeitsverhältnissen für einen inneren Druck von beispielsweise 100 Atm. bemessen sein muss. Dieser Stahlzylinder ist in seinem Innern durch feuerfeste und isolierende Baustoffe ausgekleidet und sein Innenraum von oben nach unten in Hydrierungszone 2, Vergasungszone 3 und Aschenraum 4 unterteilt. Oberhalb des Stahlzylinders befindet sich eine Beschickungseinrichtung 5 für die Zuführung des Brennstoffes. Der Aschenraum 4 ist mit einer Abführungsvorrichtung 6 für die Asche versehen.
Im Bereich der Hydrierungszone 2 sind Heizvorrichtungen 7 angeordnet, welche zweckmässig auf dem Prinzip der elektrischen Widerstandsheizung beruhen und den Brennstoff nach Übertritt in die Hydrierungzone auf eine für die Hydrierung günstige Temperatur bringen. Durch die Zuleitung 8 unterhalb der Vergasungszone 3 wird Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft in Mischung mit Wasserdampf und gegebenenfalls Kohlensäure zugeleitet. Die gasförmigen Vergasungsprodukte werden am oberen Ende der Hydrierungszone durch Leitung 9 abgeführt, um dann in bekannten, ebenfalls unter Druck stehenden Anlagen der Reinigung unterworfen zu werden. Das gereinigte Gas steht dann unmittelbar unter Druck und mit einem für Stadtgaszwecke geeigneten Heizwert von etwa 4000 WE. zur Verfugung.
Es kann
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aber auch noch weiteren Umwandlungen unterzogen oder für chemische Zwecke, wie Ammoniaksynthese od. dgl., nutzbar gemacht werden.
Wird der für die Vergasung erforderliche Sauerstoff durch Zerlegung von Luft erzeugt, so ist es besonders vorteilhaft, den bei der Luftzerlegung anfallenden Stickstoff mit dem nach dem Vergasung- verfahren erzeugten wasserstoffreichen Gas zur Synthese von Stickstoffverbindungen zu verwenden.
In diesem Falle kann entweder der Sauerstoff oder der Stickstoff als kostenloses Nebenprodukt betrachtet werden.
Zur Steigerung der hydrierenden Wirkung kann das in der Vergasungszone. 3 erzeugte Gas oder ein Teil desselben durch die Leitung 10 zwischen Vergasungszone und Hydrierungszone abgeführt und zunächst von Wasserdampf, Kohlensäure und schwefelhaltigen Verbindungen befreit werden. Das so gereinigte Gas wird dann nach vorheriger Aufheizung auf die Hydrierungstemperatur durch die Leitung 9 in die Hydrierungszone geführt. Die Hydrierungserzeugnisse können dann entweder durch eine besondere
Leitung, die unterhalb der Heizelemente 7 an den Hydrierungsraum anzuschliessen wäre, abgeführt werden oder durch die Leitung 10 zusammen mit den in der Vergasungszone entstandenen Gasen.
Es entsteht dann ein Kreislauf eines Teils der wasserstoffhaltigen Gase durch die Hydrierungszone 2 und die Einrichtungen für Abscheidung von Hydrierungsprodukten, Kohlensäure und Schwefelwasserstoffen.
Das Ubersehussgas aus diesem Kreislauf wird, falls erforderlich, weiter gereinigt und dann der Verbrauchs- stelle zugeführt.
In gleicher Weise wie bei der Gasbildung können die Hydrierungsreaktionen, wie an sich bekannt, ebenfalls durch Zugabe von katalytisch oder reaktionsbesehleunigend wirkenden Mitteln, wie z. B. Alkali-,
Kalzium-oder Eisenverbindungen, zum Brennstoff beschleunigt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von solchen Zuschlägen, welche in der Vergasungszone bei den höheren Temperaturen verflüchtigt werden und in feinster Verteilung als Nebel von den gebildeten Gasen in die Hydrierungs- zone zurückgeführt werden.
In besonderen Fällen ist es vorteilhaft, Abfallöle, Phenole, Phenolate u. dgl. Stoffe eigenen oder fremden Ursprungs in den Hydrierungsraum einzuführen, am zweckmässigsten durch Mischung des Brennstoffes mit diesen Stoffen. Auf diese Weise werden solche Abfallstoffe ohne besondere Kosten in leichtere Öle und hochwertige Gase übergeführt.
Durch das Verfahren ist es möglich, ein hochwertiges Starkgas mit einer dem Leuchtgas ähnlichen Zusammensetzung kontinuierlich zu erzeugen und gleichzeitig Leichtöle in guter Ausbeute zu gewinnen.
Durch Einstellung der Betriebsverhältnisse kann je nach den Marktverhältnissen die Anlage mehr auf Erzeugung von Gas oder Ölen abgestellt werden. Trotzdem unmittelbar ein Gas mit dem für Ferngaszwecke geeigneten Druck erzeugt wird, wird eine Kompressorarbeit nur für die verhältnismässig geringen Sauerstoffmengen, die das Verfahren erfordert, notwendig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Starkgas und Nebenprodukten durch Vergasung von bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrüekständen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung unter dem erhöhten Druck von 5 Atm. und darüber (z. B. 10 bis 100 Atm. ) mittels Sauerstoff oder sauerstoff- angereicherter Luft, gegebenenfalls unter Zusatz von Kohlensäure, und solchen Mengen Wasserdampf durchgeführt wird, dass die Vergasungsreaktion unter Bildung von Methan und andern Kohlenwasserstoffen verläuft.