<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Erzeugung von teer-und kohlenwasserstoffreiem Gas aus bituminösen Brennstoffen.
Bei der Entgasung oder Vergasung von bituminösen Brennstoffen, wie Steinkohle, Braunkohle, Braunkohlenbriketts, Torf, Holz od. dgl., entsteht ein teer-und kohlenwasserstoffhaltiges Gas, das für viele technische Verwendungszwecke nicht ohne weiteres geeignet ist. Das Gas wird in den meisten Fällen gekühlt, wobei die in demselben enthaltenen Teerdämpfe sich kondensieren und zum Teil von selbst abscheiden, zum Teil aber durch besondere Vorrichtungen aus dem Gas abgeschieden werden. Der abgeschiedene Teer bildet ein oft lästiges Nebenprodukt, während der in demselben enthaltene Heizwert für den eigentlichen Verwendungszweck des Gases verloren geht. Auch die Kohlenwasserstoffe, welche in den aus bituminösen Brennstoffen erzeugten Gasen enthalten sind, müssen für viele technische Verwendungszwecke, z.
B. zur Erzeugung von Wasserstoff für Hydrierungszwecke aus dem Gas beseitigt werden. Dies geschah bisher durch Tiefkühlung der Gase und Kondensation der Kohlenwasserstoffe oder dadurch, dass man die kohlenwasserstoffhaltigen Gase nach erfolgter Kühlung und Teerabscheidung wieder auf hohe Temperatur erhitzte und unter Zusatz von oxydierenden Mitteln, wie Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxyd, über einen die Kohlenwasserstoffe zersetzenden Katalysator leitete.
Die Zerlegung der Kohlenwasserstoffe erfolgt beispielsweise bei Zusatz von Wasserdampf nach der allgemeinen Gleichung :
EMI1.1
Die Zerlegung der Kohlenwasserstoffe nach obiger Gleichung geht auch ohne Anwendung eines Katalysators vor sich, jedoch müssen dann sehr hohe Temperaturen, u. zw. etwa 1400 , angewendet werden, damit die Zerlegung mit praktisch anwendbaren Geschwindigkeiten genügend vollständig erfolgt. Durch Anwendung von bekannten Katalysatoren, beispielsweise von fein verteiltem Nickel, wird jedoch die Zerlegung schon bei niedrigeren Temperaturen, u. zw. etwa bei 900-10000 bewirkt und erheblich beschleunigt.
Gemäss der Erfindung werden die heissen teer-und kohlenwasserstoffhaltigen Entgasungsoder Vergasungsprodukte ohne Zwisehenkuhlung, gegebenenfalls unter Zusatz von oxydierenden Mitteln, durch einen Raum geleitet, der ausschliesslich mit einem an sieh bekannten, die Teerdämpfe und Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff und Kohlenoxyd zersetzenden und auf der Zersetzungstemperatur gehaltenen regenerierbaren Katalysator gefüllt ist.
Eine unbeabsichtigte Zwischenkühlung der Gase kann im allgemeinen dadurch vermieden werden, dass die teer-und kohlenwasserstoffhaltigen Gase nach dem Austritt aus der Entgasungsbzw. Vergasungsanlage mittels einer möglichst kurzen, gut isolierten und erforderlichenfalls auch von aussen beheizten Verbindungsleitung in den den Katalysator enthaltenden Zersetzungsraum geleitet werden. Durch den Entfall der Zwischenkühlung wird gegenüber den bisher bekannten Verfahren eine Kondensation und Abscheidung des Teers vermieden und es können die Einrichtungen zur Kühlung und Teerreinigung des Gases entfallen.
Da der Teer im wesentlichen aus höher siedenden Kohlenwasserstoffen besteht, werden die Teerdämpfe ebenso wie die gasförmigen Kohlenwasserstoffe beim Überleiten über den Katalysator und bei genügend hoher Temperatur nach der obigen beispielsweisen Formel in Kohlenoxyd und Wasserstoff umgewandelt und somit für den beabsichtigten technischen Verwendungszweck des erzeugten Gases nutzbar gemacht.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Gase ohne Zwischenkühlung durch glühenden Koks zu leiten. Koks stellt jedoch bekanntlich keinen regenerierbaren Katalysator dar. Ein regenerierbarer
<Desc/Clms Page number 2>
Katalysator, bei dem vorzugsweise in bekannter Weise ein Aktivierungsmittel auf einen porösen Trägerstoff aufgebracht ist, weist gegenüber Koks erhebliche Vorteile auf, die in der grösseren Wirksamkeit, in der Regenerierbarkeit und in der Möglichkeit, wegen der intensiveren Wirkung geringere Katalysatormengen anzuwenden, liegen.
Im übrigen ist bei dem genannten bekannten Verfahren die Koksschicht stets mit einer frischen, d. h. noch nicht entschwelten Brennstoffschiehte bedeckt, so dass die Gase beim Durchstreichen durch diese Brennstoffschiehte abgekühlt werden und sich mit Schwelprodukten und Kohlenwasserstoffen beladen. Eine befriedigende Entfernung der teerigen Bestandteile und Kohlenwasserstoffe ist somit bei diesem Verfahren nicht zu erreichen.
Die Entgasung oder Vergasung der bituminösen Brennstoffe erfolgt in der Regel bei hohen Temperaturen, so dass die flüchtigen Entgasungs-oder Vergasungsprodukte bereits mit hoher Temperatur gewonnen werden. Durch die vorliegende Erfindung wird daher zufolge Wegfallens der Zwischenkühlung der Wärmeaufwand für die Erhitzung der flüchtigen Entgasungs-oder Vergasungsprodukte auf die für die Zersetzung erforderliche Temperatur von etwa 850 bis 11000 C erheblich verringert.
Bei der Erhitzung der kohlenwasserstoffhaltigen Gase von Lufttemperatur bis auf die Zer- legungstemperatur nach den bisher bekannten Verfahren ergibt sich ferner eine Ausscheidung von
Kohlenstoff, welche dadurch entsteht, dass manche Kohlenwasserstoffe in einem bestimmten Tem- peraturbereich, welcher etwa zwischen 500-700 C liegt, teilweise zu Kohlenstoff und Wasserstoff zerfallen. Bei Temperaturen über etwa 700 C wird der abgeschiedene Kohlenstoff durch die gegebenenfalls zugesetzten Oxydierungsmittel, wie Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxyd, sofort restlos vergast, wogegen bei niedrigeren Temperaturen der Zerfall der Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoff und Wasserstoff rascher vor sieh geht, als die Vergasung des abgeschiedenen Kohlenstoffes.
Bei dem
Verfahren nach vorliegender Erfindung braucht jedoch das teerdampf-und kohlenwasserstoffhaltige
Gas nur von der in der Regel bereits über 700 C liegenden Entstehungstemperatur auf die Zersetzungstemperatur von etwa 850 bis 11000 C erhitzt zu werden, so dass die Gefahr einer Kohlenstoff- abseheidung vermieden wird.
Die durch Entgasung oder Vergasung aus bituminösen Brennstoffen gewonnenen Gase enthalten meistens bereits erhebliche Mengen von Wasserdampf, welcher von der Feuchtigkeit des Brennstoffes, sowie vom unzersetzten Vergasungsdampf herrührt. Durch Abkühlung der Gase wird der Wasser- dampf ganz oder grösstenteils kondensiert. Wird aber die Abkühlung gemäss der Erfindung vermieden, so wird dieser Wasserdampf für die Zerlegung der Teerdämpfe und Kohlenwasserstoffe nutzbar gemacht, wodurch sich in vielen Fällen ein Zusatz von oxydierenden Mitteln erübrigt. Nur bei wasser-und kohlensäurearmen Brennstoffen ist gegebenenfalls ein solcher Zusatz erforderlich, jedoch in beträchtlich geringerer Menge, als wenn die Gase vorher auf Lufttemperatur gekühlt werden.
Die Zerlegung der Kohlenwasserstoffe bei Verwendung von Wasserdampf oder Kohlensäure als oxydierendes Mittel ist ein endothermischer Vorgang und erfordert daher eine Wärmezufuhr, um eine Abkühlung des Gases und des Katalysators unter die Zersetzungstemperatur zu vermeiden.
Diese Wärmezufuhr kann bei kontinuierlichem Betrieb entweder durch indirekte Beheizung des
Katalysators, oder durch Zusatz von Sauerstoff als oxydierendes Mittel erfolgen, da die durch letzteres
Mittel erzielte Reaktion :
EMI2.1
exothermisch ist. Die Zerlegung der Kohlenwasserstoffe nach dieser Reaktion verursacht jedoch, wie aus der obigen Formel ersichtlich ist, einen Wasserstoffverlust. Ausserdem erfordert sie reinen Sauerstoff, da in den meisten Fällen ein Zusatz von Luft wegen der hiedurch verursachten Stickstoffanreicherung des Gases nicht erwünscht ist.
Erfolgt die Gaserzeugung aus bituminösen Brennstoffen in Wassergasgeneratoren mit Weehselbetrieb, so findet bekanntlich abwechselnd ein Heissblasen des Generators mit Luft und ein Gasen mit Wasserdampf statt. Während der Blaseperiode entstehen Blasegase, welche gemäss der Erfindung dazu verwendet werden, den Katalysator auf die für die Zersetzung der Kohlenwasserstoffe erforderliche Temperatur aufzuheizen. Während der nachfolgenden Gaseperiode wird sodann das teerdampfund kohlenwasserstoffhaltige Gas über den Katalysator geleitet, wobei die Zerlegung der Teerdämpfe und Kohlenwasserstoffe zu Kohlenoxyd und Wasserstoff erfolgt.
Versuche haben gezeigt, dass die Wirksamkeit des katalysierenden Materials durch die periodische Aufheizung mittels der Blasegase des Wassergasgenerators nicht beeinträchtigt wird und dass die in den Blasegasen enthaltenen Verunreinigungen, wie Flugstaub, Schwefeldioxyd, freier Sauerstoff u. dgl. bei den verhältnismässig hohen Zersetzungstemperaturen keine schädliche Wirkung auf den Katalysator ausüben. Ebenso hat es sich gezeigt, dass auch die Temperaturschwankungen durch das abwechselnde Aufheizen des kava- lytischen Materials während der Blaseperiode und Abkühlen während der Gaseperiode keine nachteilige Wirkung haben.
Es ist ersichtlich, dass die Aufheizung des Katalysators durch die Ausnutzung der Wärme der Blasegase besondere wärmewirtsehaftliehe Vorteile bietet.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
geschlossen, hingegen der Dampfschieber 25'und die Gasschieber 31'und 32'geöffnet. Der Dampf tritt durch die Leitung 25 und 24 in den Vergaserschaeht 21 ein und bildet beim Durchstreichen durch die glühende Kokszone Wassergas, welches durch den Entgasungsschacht 22 aufsteigt, die Kohle durch seine fühlbare Wärme entgast und gemischt mit den aus der Kohle entwickelten Teerdämpfen und Destillationsprodukten durch die Leitung 31 über den Schieber 31'in die Zersetzungskammer 27 gelangt.
Hier findet unter dem Einfluss des Katalysators 29 eine Oxydation der Teerdämpfe und Kohlenwasserstoffe vorwiegend zu Wasserstoff und Kohlenoxyd statt und das erzeugte Wassergas wird durch die Leitung 32 über den geöffneten Schieber 32'abgeleitet. Erforderlichenfalls kann durch die Leitung 33 über den Schieber 33'Wasserdampf, Kohlendioxyd, Luft, Sauerstoff od. dgl. dem in die Zersetzungskammer eintretenden Gas zugesetzt werden. Wenn die Kokszone im Vergaserschacht 21 sowie der Katalysator 29 durch die endothermischen Prozesse soweit abgekühlt ist, dass ein neuerliches Heissblasen erforderlich wird, werden die Schieber 25'und 31', 32'und 33'geschlossen und die Schieber 24', 26', 28'und 80'geöffnet und das Heissblasen wiederholt sich von neuem, wie vorstehend beschrieben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von teer-und kohlenwasserstoffreiem Gas aus bituminösen Brennstoffen durch Entgasung oder Vergasung derselben, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Entgasungs-oder Vergasungsprodukte ohne Zwischenkühlung, gegebenenfalls unter Zusatz von oxydierenden Mitteln, durch einen Raum geleitet werden, der ausschliesslich mit einem an sich bekannten, die Teerdämpfe und Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff und Kohlenoxyd zersetzenden und auf der Zersetzungstemperatur gehaltenen, regenerierbaren Katalysator gefüllt ist.