Verfahren zur Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen. Die Erfindung bezieht. sieh auf die Er zeugung von inethanhaltigen brennbaren Gasen, die für Beheiziuig, Beleuehtung und für andere Zweeke verwendbar sind, aus fein verteilten festen Brennstoffen.
Es ist bekannt, stückige feste Brennstoffe, z. B. Koks, in einer nach Art eines bekannten Gaserzeu-ers mit ruhendem Brennstoffbett be triebenen Vergasungseinrichtung, in welcher ein über Atmosphärendruck liegender Druck (z. B. 8 Atü) aufrechterhalten wird, in ein Gas umzuwandeln, das Kohlenoxyd, Wasser- stoff und Methan, letzteres bis zu etwa 8 %, enthält.
In einer andern Patentanmeldung hat der Erfinder ein verbessertes Verfahren und ver besserte Einrichtungen für die Vergasung von fein verteilten festen Brennstoffen vorbeschla- gen. Das verbesserte Verfahren nach dem frü heren Vorsehlag des Erfinders besteht darin, einen fein verteilten Brennstoff kontinuierlieh in einen unter erhöhtem Druck stehenden Strom von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen einzuführen, und zwar -unter solchen Bedingungen,
dass eine vorzugsweise homo gene Suspension des Brennstoffes in den gas förmigen 3Tedien entsteht. Die so gebildete Suspension wird dann kontinuierlich in Form eines oder mehrerer Strahlen in einen Ver- gasiuigsraum eingeleitet, in dem ein erhöhter Di2ick herrselit und in welchem die Tempera tur oberhalb der Zündtemperatur der Sus pension des festen Brennstoffes in dem Strom von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen liebt, so dass sieh die Suspension schnell -ent zündet.
Die Zone, in welcher die Zündung der Suspension und die exotherine Reaktion stattfinden, wird von einer im wesentlichen in gleicher Richtung strömenden Hülle von Wasserdampf umgeben, der endotherm mit. Kohlenstoff reagieren kann -unter Bildung eines Gemisches von Kohlenoxyd und Wasser stoff.
In dem Vergasungsraum wird also 1.leichzeitig eine zentrale Hochtemperaturzone, in. der exotherme Reaktionen zwischen Sauer stoff und den festen Brennstoffteilchen statt finden, und eine äussere Zone niedriger Tem peratur aufrechterhalten, in der die Endo- thi?rmreaktionen vor sieh gehen.
Der Reak tionsraum der Vergasungskammer ist, funktio nell in diese beiden Zonen -unterteilt, nämlich die Primärzone oder die Zone der partiellen Oxydation, und die Zone, welche die Primär zone umgibt und in welcher Dampf oder Kohlensäure oder (lemisehe von beiden endo- therm mit festem, fein verteiltem Brennstoff reagieren.
Bei der Vergasung von festen, fein ver teilten Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen und Wasserdainpf entstehen primär nur Gase, welehe praktiseh frei von Kohlenwasserstoff sind. Die zum Beispiel bei der Erhitzen g von bituminösen Kohlen frei werdenden Kohlen wasserstoffe werden infolge der hohen Tem peratur, welche in der genannten Primär- zone der Vergasungskammer herrscht, voll ständig zersetzt, so dass das erzeugte Gas praktisch frei von Kohlenwasserstoffen ist.
Für viele Zwecke ist die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan, in dem erzeugten brennbaren Gas von Vorteil, insbesondere, wenn das Gas zur Beheizung @ an Schmelzöfen oder andern Industrieöfen benutzt werden soll. Die Beheimzng von Schmelzöfen und andern Industrieöfen ist be sonders günstig dann, wenn die Verbrennung cles Heizgases mit einer stark leuchtenden Flamme vor sich geht.
Gase, die frei von hohlenwasserstoffen sind, bilden keine leueh- tenden Flammen, und es ist daher notwendig, solche Gase vor ihrer Verbrennung mit Koh- lenwasserstoffen zu versetzen, was beispiels weise durch das bekannte Carburieren des Gases erfolgen kann. Die Carburierung eines Gases, z. B. von Wassergas, ist aber ein un bequemer Vorgang, der ausserdem den Preis des Gases wesentlich erhöht.
Die Erfindung löst die Aufgabe, methan- haltige Brenngase aus fein verteilten festen Brennstoffen beliebiger Art zu erzeugen, und zwar ist das erfindungsgemässe Verfahren da durch gekennzeichnet, dass der fein verteilte Brennstoff mit Sauerstoff unter erhöhtem Druck, aber bei einer Temperatur unterhalb der Zündtemperatur gemischt und das Ge misch kontinuierlich in eine auf erhöhter Temperatur gehaltene druckfeste Reaktions kammer eingeblasen und dort ohne wesentliche Uderung des Druckes gezündet und zur Reaktion gebracht wird, wobei in den Raum zwischen der Zone exothermer Reaktion und der Wand der Reaktionskammer ein unter er höhtem Druck stehendes,
endotherm mit. Koh lenstoff reagierendes Mittel eingeleitet wird, und dass die so erzeugten, Kohlenoxyd und 3V!asserstoff enthaltenden Gase anschliessend bei erhöhtem Druck mit. als Katalysator wir kendem Schwelkoks in Berührung gebracht wird. Das endotherm reagierende 3Tittel wird im allgemeinen Wasserdampf sein. Jedoch kann, vor allem dann, wenn der Brennstoff an sich schon vergleichsweise viel Wasser ent hält, ein Teil des Wasserdampfes durch Koh- lendioxyd ersetzt werden. Die Bildung von Methan aus Kohlenox#vd und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff und Wasserdampf ist. an sich bekannt.
Da. diese Reaktion vorteilhaft in dem Temperaturbereieh zwischen 500 und 800 vor sich geht, ist. es zweckmässig, da.ss das durch die Vergasung des festen Brennstoffes erzeugte Gas vor der Berührung mit Schwel koks auf eine Temperatur zwischen 500 und 800 ohne wesentliche Druel;ä.iiderung abge kühlt wird. Die Abkühlung des Gases kann z. B. dadurch erfolgen, dass man dem heissen Gas einen bestimmten Betrag an kälterem, bereits behandeltem Gas wieder zusetzt, das heisst von Gas, welches die Schwelkoks-Kon- taktstufe schon durchlaufen hat.
Die Reak tion der Methanbildung erfordert ferner einen erhöhten Di-L1ek. Zum Beispiel wird eine be sonders hohe Ausbeute von Methan erhalten, wenn man den Druck während der Reaktion auf etwa 40 Atmosphären hält und die Tem peratur auf etwa 700 .
Die Erfindung betrifft auch eine Einrieh- tung zur Ausführung des Verfahrens, die da durch ,ehennzeichnet ist, dass eine Reaktions kammer, in welcher die Vergasung des festen Brennstoffes erfolgt, mit. einem schachtartigen Behälter verbunden ist, der Schwelkoks ent@ hält.
Zwischen der Vergasungskammer und dem schachtartigen Behälter können Mittel vorgesehen werden, um die Temperatur der in der Vergasungskammer erzeugten Gase, welche Kohlenoxyd und Wasserstoff enthalten, auf die für die Reaktion mit dem Sch-,velkoks günstigste Temperatur abzukühlen. Beispiels weise können diese Mittel aus einem Kühler bestehen.
Man kann aber auch den ans der Vergasungskammer abziehenden Gasen Gase von niedrigerer Temperatur, welche auch noch eine bestimmte Zusammensetzung aufweisen können, oder Wasserdampf oder ein Gemisch beider beimischen, so dass ein Gemisch ent stellt, das die gewünschte Temperatur und Zusammensetzung besitzt.
Der Vergasungsraum und die mit. ihr ver bundene Reaktionskammer werden im wesent- lichen unter dem gleichen erhöhten Druck be trieben. Dieser Druck und die Grösse der Kammer (Reaktionsraum) hängt. davon ab, wie. hoch der Gehalt des fertigen Gases an D-Tethan sein soll. Ein Druck von 8 bis 10 Atm. ist beispielsweise vorteilhaft, um ein Gas mit etwa 8 bis 12 a/o Methan zu erzeugen.
Wird der Druck erhöht, so steigt auch der Gehalt des fertigen Gases an wertvollem Methan; zum Beispiel mag bei 40 Atü ein Methan gehalt von etwa 40 % im erzeugten Gas er reicht werden.
Unter Schwelkoks wird der Rückstand ver standen, der durch die bekannte trockene De stillation oder Entgasung von bituminösen Brennstoffen, wie Kohle, Braunkohle, Lignit, aber auch z. B. Holz oder dergleichen entsteht und der ein stark reaktionsfähiger fester Brennstoff ist, der nur noch vergleichsweise geringe Mengen von brennbaren Gasen ent hält.
Ein solcher Schwelkoks wird vorzugsweise durch Erhitzung von bituminösen Brennstof fen auf Temperaturen von etwa. 450 bis 600" C erzeugt..
Der fein verteilte feste Brennstoff, der ver arbeitet. werden soll, wird vorteilhaft so fein vermahlen, dass nur noch 10 bis 25 % auf einem Sieb von 4900 Maschen pro cm2 zu- riiekbleiben. Wenn man einen derartigen Brennstoff gemäss der Erfindung verarbeitet, werden etwa 95 % des in dem Brennstoff ent haltenen Kohlenstoffes in gasförmige Bestand teile umgewandelt.
Die Menge Sauerstoff oder sauerstoffhal tigen Gases, das mit, dem festen, fein ver teilten Brennstoff in die Vergasungskammer eingeführt. wird, wird so bemessen, da.ss der feste Brennstoff partiell oxydiert wird. Dabei bildet sich vornehmlich Kohlenoxyd, und der nicht. vergaste Teil des festen Brennstoffes wird durch die stark exotherme Reaktion auf hohe Temperaturen erhitzt. Der restliche Brennstoff vermag daher beim Austritt. aus der Primärzone, in welcher die partielle Oxy dation vor sich geht, mit einem endotherm reagierenden Vergasungsmittel, z. B.
Wasser dampf, zu reagieren unter Bildung von wei terem Kohlenoxyd und Wasserstoff. Infolge des hohen Druckes, der bei dem erfindungs- gemässen Verfahren in der Vergasungskam- mer angewendet wird, entstehen in der Pri märzone so hohe Temperaturen, class der in den Vergasungsraum einzuführende Wasser clampf nicht oder nur mässig vorgewärmt zii werden braucht, beispielsweise auf Tempera turen zwischen 400 und 600 'C.
Auf der anliegenden Zeichnung ist sehe inatisch eine zur Verwirkliehung der Erfin dung geeignete Einrichtung in einem senk- reehten Schnitt dargestellt.
Die dargestellte Einriehtung ist: bestimmt für die Vergasung von fein verteilten festen Brennstoffen, wie pulverisierte Kohle, Braun kohle, Lignit oder dergleichen. Der Brenn stoff wird vorteilhaft so fein pulverisiert., dass er beim Absieben auf einem Sieb mit 4900 Ma schen pro em2 nur einen Rückstand von 10 bis 25 1/o hinterlässt.
Der zu verarbeitende fein verteilte feste Brennstoff wird in die Vorratsbunker 1, 2 eingefüllt, die nach der Füllung verschlossen werden. Durch Transportschnecken, die in den Gehäusen 3, 4 angeordnet sind, wird der fein verteilte feste Brennstoff einer Misehein- richtung 5 migeleitet, welcher Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas durch die Rohrleitung 6 zugeführt wird. In der Mischeinrichtung 5 wird eine möglichst homogene Suspension des fein verteilten festen Brennstoffes in dem zu geführten gasförmigen Medium hergestellt. Das Gemisch von Gas und festem Brennstoff wird durch ein wassergekühltes Rohr 7 in den Vergasungsraum 8 eingeleitet.
Dieser wird gebildet von. feuerfesten Wänden 9, die in einem di-Lieksicheren Mantel 10 angeordnet. sind. Die Vergasungskammer 8 erweitert sich von der Mündung des wassergekühlten Roh reg 7 ab etwas. Um die 'Mündung des Rohres 7 ist.
eine ringförmige Öffnung 11 vorgesehen, durch welche Wasserdampf in die Verga sungskammer 8 eingeleitet werden kann, und zwar derart, dass funktionell in der Verga sungskammer eine Primärzone 12 gebildet wird, in welcher der fein verteilte Brennstoff von dem Sauerstoff partiell oxydiert wird, und dass diese auf der Zeichnung mit 12 be zeichnete Primärzone umgeben wird von einer strömenden Hülle von Wasserstoff, wie bei 13 angedeutet, die die Wände 9 der Vergasungs kammer von der Primärzone 12, in welcher sehr hohe Temperaturen herrschen, isoliert. Dadurch wird verhindert, dar sich die hohe Temperatur der Primärzone 12 sehä'dlieh auf die Wände 9 auswirkt..
Brennstoff, der in der Primärzone 12 nicht umgesetzt. ist, muss, bevor er die Wände 9 erreicht, durch die Wasserdanipfsehicht 13 hindurchgehen, wo sieh der Kohlenstoff endotherm mit Wasser dampf umsetzt. und die Temperatur der Brennstoffteilchen unter den Schmelz- oder Erweichungspunkt der Br ennstoffasehe er- niediigt wird. Infolgedessen kann sieh der Brennstoffrückstand nicht. an der Oberfläche der Wände 9 festsetzen.
Der Wasserdampf wird durch die Rohr leitungen 14 zugeführt. Es ist unter Um ständen möglich, den Wasserdampf vor Ein tritt in den Vergasungsraum etwas vor7u- erhitzen, beispielsweise auf Temperaturen zwi- sehen 600 und<B>8001'</B> C. Das kann in einfacher Weise dadurch geschehen, dass man dein Dampf heisse Verbrennungsgase beimiseht, die in zusätzlichen Brennern 15 erzeugt. werden, welche am obern Teil des Vergasers vorge sehen sind.
Die Temperatur, welche die im wesentli chen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff be stehenden Gase, die in der Vergasungskam mer 8 gebildet worden sind, am Austritt aus der Kammer 8 haben, ist. vergleichsweise hoch. Sie mag 1000 bis 1200' C betragen.
Es wird daher den Gasen beim Verlassen der Vergasungskammer 8 kaltes Gas und/oder Wasserdampf zugesetzt, beispielsweise durch die öffnung 16. Ferner wird vorteilhaft der untere Teil der Vergasungskammer mit einem Kühlmantel 17 verbunden, der ebenfalls Wärme aus dem erzeugten heissen Gas auf- nimmt und dessen Temperatur herabsetzt.
Der bei der Vergasung in der Kammer 8 entste liende Rückstand setzt sich teilweise am Boden 18 ab und kann von dort in einen Behälter 19 entfernt werden, in dem im wesentlichen der gleiche Dinick wie in der Vergasungs- kammer 8 herrscht. Das erzeugte Gas, dessen Temperatur etwa 800 C betragen mag, gelangt durch die Rohr leitung 20 in einen neben dem Vergaser 8 angeordneten Schacht. 21, der aus feuerfestem Mauerwerk besteht, das ebenfalls in einem drucksicheren Mantel 22 angeordnet ist.
Der Schacht. 21 ist mit Sehwelkoks ge füllt, der aus dem Banker 23 über einen Zwischenbehälter 2.1 zugeführt wird.
Am untern Ende ist. der Schacht 21 mit einer rohrartigen Verlängerung 25 versehen, die in einen erweiterten Raum '?6 hineinragt. Die Füllung des Schachtes 21 bildet. daher innerhalb der Erweiterung 26 freie Bösehun- gen, wie bei 27 angedeutet.
Das Gasrohr 20 mündet in den freien Raum oberhalb der Böschungen 27, und daher kann das durch die Rohrleitung- 20 zuströmende Gas in die Füllung der Erweiterung 26 und des Schach tes 21 eintreten. Die Gase kommen dadurch in innige Berührung mit dem Seh-%vel.hol@s, so da.ss sich das in.ihnen enthaltene Kolilenoxvd und der Wasserstoff umsetzen.
Der Arbeits- druck im Schacht 21 ist. im wesentlichen der ,uleielie wie in der Vergasungskammer 8, ver mindert natürlich um den Drucli:vei@lust, den die Gase beim Durchströmen durch die Fül lung des Schachtes 21 erleiden.
Aus dem Schacht 21 werden die methan- haltigen Gase am obern Ende durch die Rohrleitungen 28 abgezogen. Sie gelangen dann in einen Staubabseheider 29 und von dort durch die Rohrleitung 30 in einen Waselier 31. In den Apparaten 29 und 31 wird ebenfalls vorteilhaft ein hoher Druck aufrechterhalten, der die Al)selieirlun, des Staubes und die Auswaschung des Gases we sentlich erleichtert. Das fertige Gas kann schliesslich bei 32 ab-ezogen werden.
Dadurch, dass das aus der Vergasungs- kammer S durch die Rohrleitung, 00 in den Reaktionsschacht 21. abziehende Gas noch eine gewisse Menge staubförmiger Anteile enthält, ist. es unvermeidbar, dass sieh staubförmige Anteile auf der Füllung des Schachtes 21 ab setzen und die reaktionsfähige Oberfläche der Füllung verkleinern bzw. die CTlaswege ver legen.
Es wird daher fortlaufend oder absatz- weise aus dem Schacht. ?I ein Teil der Fülltuig durch die #,ustrabeeinriehtun- 33 in ein Ge- ±ä.L) 31 abgezogen.
Der Verbrauch an festem Kohlenstoff in dem Scliaelit 21 ist in der Regel sehr bering, weil praktisch nur die Reaktion <B><I>2</I></B>C<B><I>0</I></B> +<U>211</U>. = C11, + C02 für die Methanbildung in Betracht kommt. Diese Reaktion wird durch den Schwelkoks lediglich katalytisch beschleunigt, ohne dass der Schwelkoks im wesentlichen an der Re aktion teilnimmt.
Es ist indessen möglich, class ein Teil des Schwelkokses gemäss der Reaktionsgleiche C + 2S2 = CII4 in Methan umgewandelt wird, so dass eine kleine Menge cles Brennstoffes verbraucht. wird.
Der aus dem Schacht 21 in den Behälter <B>34</B> abgezogene Brennstoff wird gegebenenfalls abgesiebt und von den staubförmigen Anteilen befreit, und er kann darauf wieder dem Vor ratsbehälter 23 zugeführt werden, um ihn erneut zur Füllung des Schachtes 21 auszu nutzen.
Der Schwelkoks wird in einer solchen Stückgrösse angewandt, dass der Widerstand, den der Gasstrom in der Kokssäule 27 findet, nicht nacliteilib gross ist. Gute Resultate wur den beispielsweise bei einem Schwelkoks er zielt, der eine Stückgrösse von 3 bis 10 mm hatte. Bei einer solchen Stückgrösse ist der Breinistoff in der Regel in Ruhe und wird also dnreli den. Gasstrom nicht wesentlich be wegt.