DE1223094B

DE1223094B - Verfahren zur Gewinnung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen und von OEl oder Teer aus festen Brennstoffen

Info

Publication number: DE1223094B
Application number: DEA29513A
Authority: DE
Inventors: Olof Erik August Aspegren
Original assignee: Oil Shale Corp
Current assignee: Oil Shale Corp
Priority date: 1957-05-16
Filing date: 1958-05-16
Publication date: 1966-08-18

Description

Verfahren zur Gewinnung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen und von öl oder Teer aus festen Brennstoffen Bei der trockenen Destillation von festen Brennstoffen, wie Kohle, ölschiefer, Torf u. dgl., wird im allgemeinen in erster Linie eine hohe Ausbeute an Öl oder Teer angestrebt. Für jeden Brennstoff gibt es eine optimale Entgasungs- bzw. Verkokungstemperatur. Wird diese jedoch überschritten, so sinken die Ausbeuten an dem entsprechenden Destillationsprodukt.
Bei der Bestimmung der optimal gewinnbaren Öl-oder Teermenge aus einem bestimmten Brennstoff wird als Temperatur 5001 C angegeben. Es zeigte sich jedoch, daß bei tieferen Temperaturen höhere Olausbeuten erreicht worden. Dies gilt insbesondere bei ölschiefer, wo gegenüber dem Prüfungsverfahren mit Werten von 140 % Olausbeute gerechnet werden kann.
In der Großindustrie schließt sich meistens an die Verkokung, trockene Destillation oder Entgasung von festen Brennstoffen die Vergasung des Rückstandes aus der -vorigen Verfahrensstufe an.
Für die Vergasung ist eine Temperatur in der Größenordnung von 900 bis # 10000 C erforderlich. Wird nun bei so einem kombinierten Verfahren der Rückstand aus der Vergasung zur Vorwärmung des Brennstoffs für die Entgasung herangezogen, so zeigt sich, daß der Brennstoff örtlich überhitzt werden kann. Es ist daher die Anwendung eines Wärmeträgers erforderlich, der die Wärmeenergie der Rückstände aus der Vergasung aufnimmt und sie auf den in die Entgasung einzusetzenden Brennstoff überträgt Abgesehen davon, daß dies ein umständliches Verfahren ist, kommt doch letzten Endes der noch hinsichtlich des eingesetzten Brennstoffs überhitzte Rückstand mit jenem in Berührung, und die Folge davon ist eine Verringerung der ölausbeute; auch die Berührung der überhitzten Rückstände aus der Vergasung mit den bei der Entgasung gebildeten Dämpfen fährt zu einer Herabsetzung der ölausbeute und damit Erhöhung der Gasausbeute.
Es ist bereits ein Verfahren zur Erzeugung von Wassergas bekannt, bei dem Kohle zuerst entgast und die Entgasungsrückstände, also der Koks, dann in einer zweiten Verfahrensstufe mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in Gegenwart von Wasserdampf vergast wird unter Bildung von Wassergas, also einem Gemisch aus Kohlenoxyd und Wasserstoff. Die Entgasung des Brennstoffes erfolgt dabei mittels der fühlbaren Wärme eines der Produkte der Vergasung, und zwar des durch die Vergasung erzeugten Gases. Es sind auch verschiedene Verfahren bekannt, bei denen mit fremdbeheizten Wärmeträgern gearbeitet wird. Hierfür ist aber zusätzlich Energie erforderlich. Die fühlbare Wärme der festen Rückstände, also der Asche und Schlacke, aus der Vergasung fand keine Verwertung.
Die Erfindung betrifft nun ein außerordentlich wirtschaftliches Verfahren zur Gewinnung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen sowie von Ölen und Teeren aus festen Brennstoffen, wobei die fühlbare Wärme der festen Rückstände aus der Vergasung für die Entgasungsstufe nutzbar gemacht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen sowie ölen und Teeren aus einem festen Brennstoff, z. B. ölschiefer, Kohle, Torf oder Sägespäne, bei dem der Brennstoff in einer ersten Verfahrensstufe durch unmittelbaren Wärmeaustausch mit einem festen, im Kreislauf geführten, erhitzten Wärmeträger erhitzt und von seinen flüchtigen Bestandteilen befreit wird, der feste Rückstand der ersten Verfahrensstafe von dem Wärmeträger getrennt und in einer zweiten Verfahrensstufe mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und gegebenenfalls Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd vergast wird und der umlaufende Wärmeträger dÜrch unmittelbaren Wärmeaustausch mit einem der Produkte der Vergasung in einer von der Vergasung getrennten Stufe auf eine für die Wärmebehandlung des Brennstoffs in der ersten Verfahrensstufe günstige Temperatur erhitzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger durch Wärmeaustausch mit den aus der Vergasungsstufe abgezogenen festen Vergmungsrückständen erhitzt wird. Die Vorwärmtemperatur des Wärmeträgers läßt sich durch das Mischungsverhältnis mit den Rückständen aus der Vergasungsstufe regeln. Die geeignetste Entgasungstemperatur und dementsprechend auch die Temperatur der Wärmeträger liegt bei ungefähr 400 bis 6000 C.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geschieht die Aufheizung des Wärmeträgers mit Hilfe der festen Rückstände, also der Asche und Schlacke, aus der Vergasung in einer von der Vergasung getrennten Stufe. Er gelangt nach Trennung von den Rückständen aus der Entgasungsstufe direkt ohne Wärmeverlust in die Rückstände aus der Vergasung. Findet die Entgasung oder die Vergasung in einer Wirbelschicht statt, so kann diese so betrieben werden, daß nur der Rückstand, also der Koks bzw. die Asche oder Schlacke, ausgetragen wird ' Während der Vergasung tritt eine innige Mischung des Koksrückstände aus. -der Entgasung mit der Asche, oder Schlacke, -also dem Wärmeträggr, ein. Man benötigt also für die zweite Verfahrensstufe Vorrichtungen beträchtli#her-Kapazität.'Bei einem solchen Verfahren wächst jedoch das umlaufende Volumen durch dauemd6 Zunahme des-Wärmeträgers, so daß dieser von Zeit zu Zeit verringert werden muß. Dies ist auch der Grund dafür warum bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein getrennter Wärmeträger zur Anwendung, gelangt. Dieser-.ist so zu wählen, daß er sich von dem Koks und den Rückständen aus der Vergasung leicht trennen läßt; beispielsweise magnetisch oder durch Absieben oder Sichten. Hierfür eignen §ich kut z. B. K-u eln aus Metall oder keramische # 9 Substanzen. Das erfindungsgemäße-Verfahren läßt sich in relativ kleinen Einheiten bei großem Durchsatz durchführen. Hierbei ist es zweckmäßig, -den Brennstoff zur Entgasung mit dem aufgeheizten Wärmeträger im Geäenstrom, beispielsweise *in einem sogenannten Kugelofen, zusammenzubringen. Dies kann eine Drehtrommel sein, der auf der einen Seite der Wärmeträger und auf -der anderen Seite der Brennstoff aufgegeben wird. Der Austrag- erfolgt jeweils -an dem entgegengesetzten Ofenende.
Es ist aber auch möglich, statt des Gegenstromverfahrens ein Gleichstromverfahren an-zuwenden, bei dem Brennstoff -und Wärmeträger in der gleichen Richtung fließen.
Genügt der Wärmeinhalt der Vergasungsrückstände nicht oder ist, deren Menge zu gering, um die erforderliche Aufheizung der Wärmeträger für die Entgasungsstufe zu erreichen, kann die fehlende Wärmeenergie durch andere Produkte der Vergasung zur Verfügung gestellt werden, insbesondere durch die fühlbare Wärme der Gase. Man kann aber auch den erforderlichen Teil der Gase abbrennen, um den restlichen Wärmebedarf zu decken.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des, folgenden Beispiels näher erläutert. Bleispiel. ölschiefer wird kontinuierlich einem Ende einer Drehtrommel und aufgeheizte Metallkugeln als Wärmeträgär dem and4en Ende aufgegeben. Bei entsprechender Temperatur der Wärmeträger: erreicht man eine Temperatur von 400 bis 5001 C für den Ölschiefer. Hierdurch findet eine thermische Zersetzung des Rohöls im Schiefer statt, und man erhält Öle und Gase, auch in gewissem Umfang Schwefelwasserstoff. An der Aufgabeseite der Kugeln befindet sich ein Rost mit entsprechender Durchfallweite, so daß eine Trennung von Entgasungsrückstand und Wärmeträger ermöglicht wird. An der Aufgabeseite des ölschiefers erfolgt der Austrag des Wärmeträgers Der Rückstand aus der Entgasungsstufe gelangt ohne Wärmeverhiste in einen Generator, beispielsweise einen Winklergenerator mit Wirbelschicht, und wird dort mit Wasserdampf vergast. Die Temperatur liegt hier im allgemeinen zwischen 900 und 1000' C, und man erhält einen hohen Anteil an Kohlenoxyd, Wasserstoff und geringe Mengen Schwefelwasserstoff. entsprechend dem Schwefelgehalt des Rohschieferöls. Die anfallende Schlacke oder Asche wird einer Dreh-trommel aufgegeben, in welcher im Gegenstrom der Wärmeübergang von den heißen Vergasungsrückständen auf den Wärmeträger erfolgt. Ist die Temperatur des Wärmeträgers für die Entgasungsstufe nach dieser Behandlung nicht ausreichend, so gelangen die Wärmeträger in einen überhitzer, welchen ein Teil der bei der Vergasung gebildeten Gase durchstreicht die ihre fühlbare Wärme abgeben. Auf diese Weise läßt sich die erforderliche Temperatur derWärmeträger ohne Schwierigkeiten erreichen.
Die Vergasung erfolgte bekannterweise entweder mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und gegebenenfalls- unter Zusatz von Wasserdampf, aber auch eventuell mit Kohlendioxyd. über das Wasser-' gas- und Boudouardsche Gleichgewicht erhält man ein Gas. mit einem hohen Anteil ah Kohlenmonoxyd: Der Wärmehaushalt dieser Vergasungsreaktion ist außerordentlich günstig. Die fühlbare Wärme d6r Reaktionsprodukte wird in hohem Maße verwertet. Es zeichnet sich also das erfindungsgemäße Verfahren durch eine besondere Wirtschaftlichkeit bei kontinuierlicher und großindustrieller Durchführung aus.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasen und von Öl oder Teer aus einem festen Brennstoff, z. B. Ölschiefer, Kohle, Torf oder Sägespäne, bei dem der Brennstoff in einer ersten Verfahrensstufe durch unmittelbaren Wärmetausch mit einem festen, im Kreislauf geführten, erhitzten Wärmeträger erhitzt und von seinen flüchtigen Bestandteilen befreit wird, der feste Rückstand der ersten Verfahrensstufe von dem Wärmeträger getrennt und in einer zweiten Verfahrensstufe mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und gegebenenfalls Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd vergast wird und der umlaufende Wärmeträger durch unmittelbaren Wärmetausch mit einem der Produkte der Vergasung in einer von der Vergasung getrennten Stufe auf eine für die Wärmebehandlung -des Brennstoffes in der ersten Verfahrensstufe günstige Temperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger durch Wärmeaustausch mit den aus der Vergasungsstufe abgezogenen festen Vergasungsrückständen erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß ein Wärmeträger verwendet wird, der sich von den Entgasungsrückständen mechanisch oder magnetisch leicht trennen läßt. 3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der zu entgasende Brennstoff und der Wärmeträger im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch eine Drehtrommel geführt werden. 4. Verfahren nach einem der Anspräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger und der feste Rückstand aus der Vergasungsstafe im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch eine Drehtrommel geführt werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmeübertrager aus der fühlbaren und der Verbrennungswärme eines Teiles der Gase aus der Vergasungsstufe zusätzliche Wärmeenergie zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 108 158, 375 461, 551761, 950 317; deutsche Auslegeschrift H 5963 IVc/24e (bekanntgemacht am 19. 1. 1956); britische Patentschrift Nr. 744 742; Dolch, Paul, »Wassergas«, Leipzig, 1936, S. 202 und 203.