DE1086000B - Verfahren zur Abfilterung feiner Brennstoffanteile aus dem Gasstrom von Gaserzeugern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Abfilterung feiner Brennstoffanteile aus dem Gasstrom von Gaserzeugern Bei der Vergasung stückiger Brennstoffe in Druckgaserzeugern mit ruhendem oder langsam absinkendem Brennstoffbett ist die Grenzleistung des Gaserzeugers durch diejenige Gasgeschwindigkeit gegeben, bei der die feineren Brennstoffanteile in solchem Maße durch den Gasstrom mitgerissen werden, daß die schnelle Verschmutzung der dem Gaserzeuger nachgeschalteten Rohrleitungen und Apparaturen einen geordneten Gaserzeugungsbetrieb unwirtschaftlich macht oder ausschließt. Diese Begrenzung der Leistung des Gaserzeugers wirkt sich besonders nachteilig aus, wenn feinkörnige, leicht zerreibliche oder solche Brennstoffe vergast werden, die beim Vergasungsprozeß stark zerfallen. Bei der Vergasung backender Kohlen verursacht selbst bei der Verwendung an sich staubarmer Brennstoffe die in der plastischen Zone zur Durchführung des Vergasungsprozesses erforderliche mechanische Auflockerung durch Rührvorrichtungen od. dgl. eine erhöhte Bildung von Staub, der vom Gasstrom fortgeführt wird. Es ist deshalb die Leistung eines derartigen Kohlegaserzeugers je Quadratmeter Schachtquerschnitt wesentlich geringer als diejenige beim Betrieb eines normalen Gaserzeugers mit Koks gleicher Stückgröße. Trotz reduzierter Leistung liefert ein Kohlegaserzeuger mit Rührwerk ein Gas mit hohem Staubgehalt und einen durch Staub stark verunreinigten, für die Verarbeitung unbrauchbaren Teer. Ferner bewirkt die entsprechend dem erhöhten Druck angestiegene Gasdichte einen stärkeren Auftrieb kleiner Staubteilchen und dadurch ein besonders starkes Mitreißen solcher Teilchen durch den Gasstrom. Die frei werdenden, staubreichen Teermengen lagern sich infolgedessen in den Gaswegen als zähe Massen ab. Da dem erhöhten Druck entsprechend die Querschnitte der Gaswege verkleinert sind, gefährden die sich ablagernden zähen Massen wesentlich die Betriebssicherheit der Anlage. Weiter wird der anfallende Teer in seiner OOualität erheblich durch den Staubgehalt beeinträchtigt, zumal solche Teere leicht mit dem wäßrigen Kondensat schwer trennbare Emulsionen bilden.
• Die vorgenannten Nachteile treten nicht nur bei Druckgaserzeugern, sondern auch bei allen anderen Arten von Gaserzeugern, die nicht mit erhöhtem Druck betrieben werden, und besonders auch bei mit Kohle und Erz oder Kohle-Erz-Briketts beschickten und mit hoher Windgeschwindigkeit betriebenen Niederschachtöfen auf, wo die Reinigung des mit Koks- und Möllerstaub sowie Teer beladenen Lichtgases erhebliche Schwierigkeiten bereitet, und das nachstehend beschriebene Verfahren nach der Erfindung kann daher auch bei diesen Gaserzeugern gleichermaßen mit Vorteil angewendet werden. Bereits vor mehreren Jahrzehnten ist vorgeschlagen worden, den im Gasstrom eines Gaserzeugers mitgeführten Staub durch eine Filterschicht zurückzuhalten, die aus körnigem oder stückigem Material, insbesondere aus dem Brennstoff selbst, gebildet wird. Ein Vorschlag ging dahin, den Brennstoff, vorzugsweise Koks, oder einen Teil des Brennstoffs in eine vorzugsweise über dem Gaserzeuger angeordnete Kammer einzuschleusen und aus der Kammer periodisch oder stetig dem Gaserzeuger aufzugeben, wobei der den Gaserzeuger verlassende Gasstrom die Kammer durchströmte, der Staub aus dem Gasstrom in der Kammer abgefiltert werden und mit dem Brennstoff in den Gaserzeuger zurückgelangen sollte. Bei einem anderen Vorschlag sollten die Generatorgase zur Vermeidung einer zu starken Abkühlung in der Schwelzone unmittelbar von der Feuerschicht (d. h. von der Vergasungszone) zur Trocknungsschicht (das ist die oberste Zone im Generator) geführt werden, damit Rohbraunkohle oder andere stark Feuchtigkeit enthaltende Brennstoffe genügend vorgetrocknet werden. Hierbei sollte die Trocknungszone als Staubfang dienen. Bei beiden Vorschlägen sollte also zur Filterung der Generatorgase lediglich eine oberste Brennstoffschicht verwendet werden, die außerhalb oder im Generator gebildet wurde. Bekanntlich besitzt die Brennstoffsäule eines jeden Gaserzeugers, in dem feuchte Brennstoffe, wie z. B. Rohbraunkohle, gelöschter Koks, gewaschene Steinkohle oder grubenfeuchte Steinkohle, vergast werden, zuoberst eine Trockenzone, und es ist weiterhin bekannt, daß bei allen diesen Gaserzeugern der austretende Gasstrom Staub mitführt. Denn ebenso wie der Gasstrom beim Durchströmen der unteren Schichten der Brennstoffsäule den Staub mitreißt und ein Absetzen des Staubes verhindert, tut er dies auch in der obersten Brennstoffschicht. Eine Ablagerung des Staubes wäre nur zu erzielen, wenn die Geschwindigkeit des Gasstromes stark vermindert werden würde, wozu außerordentlich große Strömungsquerschnitte und dementsprechend eine Vorrichtung mit ungewöhnlich großen Abmessungen verwendet werden müßte, die in der Praxis unbrauchbar ist. Mit den' vorstehend beschriebenen, vorgeschlagenen Maßnahmen läßt sich daher der Staub nicht im Gaserzeuger zurückhalten.
• Es wurde nun gefunden, daß man auch bei hohen Vergasungsleistungen den in der Beschickung vorhandenen oder beim Durchrühren backender Brennstoffe sich bildenden Staub weitgehend im Gaserzeuger zurückhalten kann, wenn die Beschickung vor der Aufgabe in den Gaserzeuger oder im Gaserzeuger noch vor Erreichen der heißen Zone mit Benetzungsmitteln, wie Teer, Ölrückständen, Hydrierrückständen, Pech u. dgl., oder Mischungen dieser Stoffe vermischt wird. Wichtig ist, daß die Zugabe der Benetzungsmittel an einer Stelle erfolgt, an der die Kohle noch eine so niedrige Temperatur besitzt, daß keine sofortige Abdestillation der Benetzungsmittel erfolgt, sondern diese sich im flüssigen Zustand gleichmäßig auf -die Beschickung verteilen, so daß die benetzte Brennstoffschicht dann wie ein ölbenetztes Staubfilter wirkt. Als Benetzungsmittel eignen sich also besonders die hochsiedenden Produkte: Es wurde auch gefunden, daß ein hoher Staubgehalt in den Benetzungsmitteln selbst ohne Bedeutung ist, da dieser infolge Bindung an die flüssige Phase nicht in das Gas übergeht.
• Damit die Filterschicht jedoch ihre volle Wirkung ausüben kann, muß sie eine bestimmte Mindesthöhe besitzen. Diese ist nach unten dadurch begrenzt, daß beim Abwärtswandern des Brennstoffes in die Vergasungszone fortlaufend Benetzungsmittel abdestilliert wird. Verwendet man also zu geringe Mengen öliger Benetzungsmittel, so destillieren diese zu schnell ab oder werden entsprechend ihrem Partialdruck von den großen vorbeistreichenden Gasmengen zu schnell als Dämpfe mitgeführt. Infolgedessen kann sich die erforderliche Schichtdicke der benetzten Brennstoffschicht nicht ausbilden, und ihre Wirkung läßt erheblich nach. Es wurde gefunden, daß diese nachteilige Erscheinung dadurch zu vermeiden ist, daß die Menge an zugesetzten Benetzungsmitteln der Belastung des Gaserzeugers angepaßt wird, d. h. um so mehr Benetzungsmittel angewendet werden, je höher die Leistung des Gaserzeugers gewählt wird. Während bei normaler Leistung eines mit feinkörniger Kohle beschickten Gaserzeugers ein Benetzungsmittelzusatz von 5 % bei guter Verteilung genügt, um das Mitreißen von Staub im Gasstrom fast völlig zu verhindern, kann bei gleicher Staubfreiheit des Gases die Gaserzeugerleistung um weit über 50°/o gesteigert werden, wenn der Zusatz an Benetzungsmittel auf 10°/o erhöht wird.
• Es ist vor Jahrzehnten auch bereits ein Verfahren zur Erhöhung des Heizwertes von Generatorgasen aus bituminösen Brennstoffen vorgeschlagen worden, bei dem der mit dem Gas aus dem Gaserzeuger entweichende Teer durch Kondensation aus dem Gas abgeschieden und in den Gaserzeuger zurückgeleitet wurde. Während man bisher den Teer in heiße Brennstoffschichten geleitet hatte, um restlos oder nahezu restlos ein Kracken der Teerdämpfe in gasförmige Kohlenwasserstoffe zu erzielen und dadurch die angestrebte Karburierung des Generatorgases herbeizuführen, sollten bei dem vorgeschlagenen Verfahren diejenigen flüssigen Kohlenwasserstoffe, welche nur eine geringe Temperatur zur Krackung in gasförmige Kohlenwasserstoffe benötigen, nicht durch eine überhöhte Temperatur weitergehend zersetzt werden, während diejenigen Kohlenwasserstoffe, die bei dieser Temperatur noch unzersetzt und flüssig sind, in Zonen mit der erforderlichen höheren Temperatur in gasförmige Kohlenwasserstoffe zersetzt werden sollten. Demgemäß sollte bei diesem Verfahren der flüssige Teer auf die kälteste Stelle der Kohlensäure des Gaserzeugers aufgegeben werden und von dort allmählich auf Kohlenstücke von immer höher werdender Temperatur herabfließen. Um den Teer auf den Brennstoff möglichst gleichmäßig zu verteilen, wurde weiter vorgeschlagen, den Brennstoff vor der Einführung in den Gaserzeuger durch ein mit dem Teer gefülltes Gefäß hindurchzuziehen. Weiterhin wurde vorgeschlagen, für die Karburierung nicht nur im Gaserzeuger erzeugten Teer, sondern auch fremden Teer zu verwenden. Infolge der Aufgabe des Teers auf die kälteste Zone des Gaserzeugers sollte angeblich immer nur ein kleiner Teil des zugeführten Teers zersetzt werden, während der übrige Teer verdampfen und in der Kondensation wieder aus dem Gasstrom abgeschieden werden sollte. Dieser Teer sollte abermals mit dem Brennstoff dem Gaserzeuger zugeführt werden und dieser Vorgang so lange und so oft wiederholt werden, bis die gesamte Teermenge in gasförmige Anteile zerlegt war oder zumindest in so leichtflüchtige Flüssigkeiten, deren Dämpfe bei der üblichen Abkühlung des Gases nicht mehr kondensieren. Auf eine Filterwirkung der mit dem Teer benetzten Brennstoffschicht wurde weder hingewiesen, noch wurde eine solche angestrebt. Es ist sonach auch nicht erkannt worden, daß eine mit Teer benetzte Brennstoffschicht den in einem Gasstrom mitgefüiirten Staub zurückhält und als staubabscheidende Filterschicht wirken kann. Eine Filterwirkung konnte auch schon deswegen nicht eintreten, weil die seinerzeit verwendeten Gaserzeuger, bei denen das vorstehend beschriebene Karburierungsverfahren angewendet werden sollte, nur so geringe Vergasungsleistungen aufweisen, daß infolge der geringen Gasgeschwindigkeiten ohnehin kaum Staub vom Gasstrom mitgeführt wurde. Demgegenüber besitzen die Gaserzeuger, bei denen das Verfahren nach der Erfindung angewendet werden soll, um ein Mehrfaches größere Vergasungsleistungen und dementsprechend um ein Mehrfaches höhere Gasgeschwindigkeiten, bei denen die eingangs geschilderten Schwierigkeiten infolge von mitgerissenem Staub auftreten. Überdies erscheint auch die Durchführbarkeit des vorgeschlagenen Verfahrens zweifelhaft. Denn ein Teer, der in einem Gaserzeuger aus bituminösen Brennstoffen in den heißeren Zonen abdestilliert, ungekrackt vom Gasstrom mitgenommen und in der Kondensation niedergeschlagen wird, wird nicht dann zersetzt, wenn man ihn auf die kälteste Zone des Gaserzeugers zurückführt, sondern er wird in gleicher Weise wieder verdampfen und vom Gasstrom aus dem Gaserzeuger ausgetragen, bevor er die heißen Zonen erreichen kann, in denen er gekrackt werden würde. Während bei dem vorbekannten Karburierungsverfahren der Teer ständig in den Gaserzeuger zurückgeführt werden sollte, um dort restlos gekrackt zu werden, wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ein hochwertiger, staubarmer Teer gewonnen, der ein sehr wertvolles, verkaufsfähiges Produkt darstellt. Es kann vorkommen, daß in dem Verfahren nach der Erfindung bei bituminösen Brennstoffen die Menge an Teer, die aus der je Zeiteinheit aufgegebenen Brennstoffmenge erzeugt werden, kleiner sind als die zur Benetzung dieser Brennstoffmenge erforderlichen Mengen. In diesem Falle wird ein Mehrfaches der Produktionsmenge an Teer oder Teerfraktionen zur Benetzung verwendet. Von der eingesetzten Benetzungsmittelmenge wird jedoch der größte Teil wieder als Destillat in der Kondensation hinter dem Gaserzeuger zurückgewonnen und zweckmäßig im Kreislauf in den Gaserzeuger zurückgeführt. Da, wie schon erwähnt, ein mit dem Benetzungsmittel aufgegebener Staub auf der Kohle gebunden wird und nicht wieder im abgehenden Gas erscheint, verwendet man für die Rückgabe aus der Kondensation in den Gaserzeuger insbesondere einen durch Absitzen oder auf andere Weise an etwa noch mitgeführtem Staub angereicherten Teer, während aus dem Kreislauf stets nur ein staubfreies Produkt zum Verkauf oder zur Verarbeitung entnommen wird.
• Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf bituminöse Brennstoffe beschränkt, bei deren Vergasung der als Benetzungsmittel dienende Teer laufend anfällt, sondern das Verfahren ist auch vorteilhaft bei nicht bituminösen Brennstoffen, z. B. Koksgrus, anwendbar. In diesem Falle kann z. B. ein bei der Erdölverarbeitung anfallendes Rückstandsöl als zirkulierendes Benetzungsmittel verwendet werden.
• Es wurde ferner gefunden, daß die niedrige Temperatur der obersten Schichten des Brennstoffes im Gaserzeuger, die für die Wirkung des Benetzungsmittels erforderlich ist, dadurch erzielt werden kann, daß zur Benetzung begrenzt wasserhaltige ölige Benetzungsmittel, z. B. Wasser-in-Öl- bzw. Wasser-in-Teer-Emulsionen, verwendet werden. Durch die Verdampfung des Wassers oder eines anderen dem Benetzungsmittel zugemischten, in der Filterschicht verdampfenden Bestandteils wird die Gastemperatur in der Filterschicht herabgesetzt. Der Wassergehalt wird zweckmäßig um so höher gewählt, je höher die Abgangstemperatur der Gase ist. Eine große Feuchtigkeit des Brennstoffes selbst ist jedoch schädlich, da sie die Kohle nicht genügend benetzbar macht; zweckmäßigerweise wird der Brennstoff daher vor der Benetzung vorgetrocknet. Die erforderliche Höhe der staubfilternden Brennstoffschicht muß erforderlichenfalls durch Erhöhung der Füllhöhe im Gaserzeuger geschaffen werden.
• Die Zumischung des Benetzungsmittels hat ferner eine günstige Wirkung auf die Qualität des erhaltenen Teeres. Durch die gleichmäßig Verteilung des Benetzungsmittels auf die obere Brennstoffschicht im Gaserzeuger wird eine Zersetzung des Teeres weitgehend vermieden. Der aus der Vergasungszone aufsteigende Gasstrom bewirkt vielmehr eine nahezu restlose, schonende Destillation der Benetzungsmittel oberhalb der Entgasungszone. In diese gelangen daher im wesentlichen nur etwaige vorhandene Pechanteile des Benetzungsmittels, die sich dort wieder in flüssige Zersetzungsprodukte und nur in geringem Umfange in gasförmige Zersetzungsprodukte umsetzen. Gerade unter erhöhtem Druck verläuft diese Zersetzung vorwiegend zu flüssigen Produkten.
• Es wurde weiter gefunden, daß die Bildung einer staubfilternden Grenzschicht durch Zugabe von Benetzungsmitteln ein geeignetes Mittel ist, um dem Brennstoff Katalysatoren zuzusetzen und so den Ablauf des Entgasungs- und Vergasungsvorganges zu beeinflussen. Die Zugabe von Katalysatoren zum Vergasungsgut ist an sich bekannt. So wirkt z. B. ein Zusatz von Alkaliverbindungen, alkalisierten Eisenkatalysatoren oder alkalisierter eisenhaltiger Brennstoffasche im Sinne einer Erhöhung des Methangehaltes des Gases bzw. im Sinne einer schnelleren Einstellung der Gleichgewichte bei der Vergasung. Solche Zugaben von Katalysatoren, insbesondere von festen, besaßen bisher immer den Nachteil, daß sie vom aufsteigenden Gasstrom mitgerissen und zumindest teilweise dem Vorgang im Gaserzeuger entzogen wurden. Gleichzeitig verunreinigten sie die Kondensationsprodukte, so daß neben den Kosten solcher Zusätze auch noch die Kosten ihrer Beseitigung aus den Kondensationsprodukten aufzuwenden waren. Werden dagegen solche Katalysatoren den öligen Benetzungsmitteln in ihrer wäßrigen oder öligen Phase zugesetzt, so werden sie derart an -den Brennstoff gebunden, däß ein Mitreißen fast unmöglich wird. Durch die gleichmäßige Verteilung und Bindung an die Oberfläche des Brennstoffes kommt man mit viel geringeren Zusätzen aus, so daß ihre Wirkung größer ist. Auf diese Weise kann eine beträchtliche Heizwertsteigerung des Gases erzielt werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Abfilterung feiner Brennstoffteile aus dem Gasstrom von Gaserzeugern, insbesondere von Druckgaserzeugern, unter Verwendung einer aus dem Brennstoff oberhalb der Vergasungszone, vorzugsweise in den obersten Schichten der Beschickungssäule des Gaserzeugers gebildeten Schicht als Staubfang, dadurch gekbennzeichnet, daß der Brennstoff in dieser sich über den gesamten Querschnitt des Gaserzeugers erstreckenden Schicht mit im Temperaturbereich dieser Schicht nicht siedenden Kohlenwasserstoffverbindungen benetzt wird und die Schicht eine für die Erzielung der gewünschten Filterwirkung erforderliche Höhe besitzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugemischte Benetzungsmittelmenge um so größer ist, je höher die Leistung des Gaserzeugers gesteigert ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Benetzungsmittels im Bereich einer Leistungssteigerung von 0 bis 50% von etwa 5 auf etwa 10% der Brennstoffmenge gesteigert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Benetzungsmittel aus den aus dem Gaserzeuger austretenden Gasen zurückgewonnen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4 mit gleichzeitiger Gewinnung eines staubarmen Teeres, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Gasstrom gewonnene, etwa noch mitgeführten Staub enthaltende Teer in an sich bekannter Weise, z. B. durch Absitzen oder Zentrifugieren, in einen mit Staub angereicherten Teer und in einen verkaufs-oder verarbeitungsfähigen, staubfreien oder staubarmen Teer zerlegt wird und daß der mit Staub angereicherte Teer wieder als Benetzungsmittel verwendet und durch schonende Redestillation im Gaserzeuger von dem sich an den Brennstoff bindenden Staub befreit wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastemperatur in der Filterschicht dadurch herabgesetzt wird, daß dem Benetzungsmittel Bestandteile zugemischt werden, die in der Filterschicht verdampfen.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Benetzungsmittel Katalysatoren beigemischt werden, die den Ablauf des Entgasungs- und/oder Vergasungsvorganges beeinflussen. B. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff vor der Benetzung vorgetrocknet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 343 815, 447 982, 582 539, 661927; österreichische Patentschriften Nr. 118 062, 121540, 121542; schweizerische Patentschriften Nr. 84 582, 271589; französische Patentschrift Nr. 998 685; britische Patentschrift Nr. 126 420; USA.- Patentschrift Nr. 1394 043; J. Gwosdz, »Kohlenwassergas«, Halle, 1930, S. 78.