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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Gas
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aus Kohlenstoff-Einsatzgut Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gas aus ganz oder teilweise aus Kohle bestehendem
Einsatzgut mittels Schwelung in einer Schwelzone und anschließender Vergasung des
Schwelkokses in einem unterhalb der Schwelzone liegenden Koksbett.
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Bekannte Methoden der Erzeugung von Gas, insbesondere hochwertigem
Gas wie Wassergas, Synthesegas od.dgl. setzen meist eine bestimmte Art und/oder
Form von Kohle als Einsatzgut voraus, so daß dadurch eine Beschränkung hinsichtlich
der verwendbaren Brennstoffe gegeben ist. Weiterhin sind z.B. bei der Wassergas-Erzeugung
aus festen Brennstoffen in dem Rohgas im Normalfall noch Schwelgasanteile enthalten,
die bei der Erwärmung des Brennstoffes bis auf die Vergasungstemperatur entstehen.
Solche Schwelgasanteile sind in der Regel unerwünscht, weil sie die Verwendungsmöglichkeiten
des erzeugten Gases sehr einschränken, so namentlich dessen Verwendung als Synthsegas.
Eine besondere Nachbehandlung des Gases zur Beseitigung der unerwünschten
Schwelgas-Anteile
bringt häufig Schwierigkeiten mit sich und bedeutet in jedem Fall einen besonderen
Aufwand.
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Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten
zu überwinden und einen günstigen Weg für die Gaserzeugung aus festem Kohlenstoff-Einsatzgut
in einem einzigen Prozeß zu finden, insbesondere für die Erzeugung eines hochwertigen,
namentlich eines wasserstoff- und kohlenmonoxidreichen und möglichst wenig unerwünschte
Schwelgasanteile oder Schwelprodukte enthaltenden Gases. Ein weiterer Aspekt der
der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe richtet sich darauf, außer reiner Steinkohle
auch anderes kohlenstoffhaltiges Einsatzgut für eine Gaserzeugung im genannten Sinne
nutzbar zu machen.
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Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung einer vorteilhaften
Vorrichtung zur Erzeugung von Gas, insbesondere hochwertigem Gas. Mit der Gesamtaufgabe
in Verbindung stehende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben
sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
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Die Erfindung sieht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
vor, daß zumindest zeitweise Gas aus der Schwelzone abgenommen und unmittelbar dem
Koksbett zugeführt wird. Insbesondere erfolgt dabei das Abnehmen des Gases aus der
Schwelzone vom oberen Ende derselben her, obgleich auch ein Abzug von einer oder
mehreren tiefer liegenden Stellen in Betracht kommen kann. Das aus der Schwelzone
abgezogene Gas kann auf verschiedene Weise nach unten in den Vergasungsram geleitet
werden.
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Mit besonderem Vorteil, namentlich auch in thexmischer Hinsicht,
wird
dieses Gas auf einem durch die Schwelzone hindurchgehenden, aber gegenüber dieser
abgeschlossenen Weg in das Koksbett geführt.
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Das aus der Schwelzone in das glühende Koksbett eingeleitete Gas wird
hier thermisch gekrackt, wobei auch Restkohlenwasserstoffe gespalten werden, so
daß dieses Gas nun innerhalb ein und desselben Systems in vorteilhafter Weise aufbereitet
wird und zusammen mit dem anderen im Koksbett entstandenen Gas aus dem Vergasungsraum
herausgeleitet werden kann. Hierdurch läßt sich unter anderem ein hochwertiges und
im Hinblick auf unerwünschte Nebenprodukte weitgehend sauberes Gas, namentlich ein
wasserstoff- und kohlenmonoxidreiches Gas bzw.
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ein gewünschtes Synthesegas, erzeugen. Eine Reinigung von Schwelgasen,
wie sie sonst bei separatem Abzug derselben nötig wäre, kann völlig entfallen. Es
ist aber im Rahmen der Erfindung möglich, die in der Schwelzone entstehenden Gase
nur zum Teil in das Koksbett einzuleiten und den übrigen Teil zu entnehmen, wenn
dies aus bestimmten Gründen zweckmäßig erscheint, so etwa zur Gewinnung von Kohlenwertstoffen
aus dem Schwelgas.
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Wird das Verfahren diskontinuierlich nach dem sog. Wassergasprozeß
durchgeführt, also mit abwechselndem Blasen mit Blasewind und Gasen mit Vergasungsmittel,
so kann das Abziehen von Gas aus der Schwelzone und das Einleiten dieses Gases in
das Koksbett in der erläuterten Weise ausschließlich während der
Gaseperiode,
also der zur Erzeugung von Wassergas, Synthesegas od.dgl. dienenden Periode, erfolgen
oder aber im Rahmen der Erfindung außerdem auch während der Blaseperiode, in der
das Koksbett durch den Blasewind (Luft bzw. Luft-Gasgemisch) für die anschließende
Gaseperiode stark erhitzt wird. Während der Blaseperiode aus der Vergasungsraum
entnommenes Gas kann als Generatorgas verschiedenen Zwecken zugeführt werden. Vorteilhaft
wird es als brennendes Abgas zur Bereitstellung des Vergasungsdampfes in einem Dampferzeugungssystem
bekannter Art nachverbrannt.
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Außer dem Gasedampf, d.h. dem Vergasungsmittel, das während der Gaseperiode
in den Vergasungsraum eingeleitet wird, können in diesen auch noch Gase eingeführt
werden, namentlich teilgenutzte Gase aus anderen Prozessen, z.B. aus einer Erzreduktion,
wodurch sich eine vorteilhafte weitere Ausnutzung des Prozesses ergibt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann nicht nur diskontinuierlich
im Sinne des Wassergasprozesses, sondern auch kontinuierlich durchgeführt werden,
etwa dann, wenn eine günstige Erzeugung von Generatorgas in Betracht kommt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur stückige reine
Steinkohle als Einsatzgut verwendet werden,
sondern auch Brennstoff
anderer Art und Form. Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß als Einsatzgut wenigsten,
teilweise Ballastkohle verwendet wird. Unter diesem Begriff soll hier im wesentlichen
ein Produkt verstanden werden, das sich bei den zur Aufbereitung von Förderkohle
verwendeten Trennverfahren als ballastreiche Fraktion ergibt, die aufgrund ihrer
physikalischen Eigenschaften weder zu den Bergen, noch zu den Kohlen gezählt werden
kann.
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Die durch die Erfindung eröffnete Möglichkeit einer günstigen Verwendung
solcher Ballastkohle für die Gaserzeugung ist von außerordentlicher wirtschaftlicher
Bedeutung.
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Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß als Einsatzgut wenigstens teilweise
aus Unterkorn oder feinkörnigem Kohle-Mittelgut hergestellte Preßlinge verwendet
werden. Als Unterkorn kann grundsätzlich Material mit einer Korngröße im Bereich
von etwa 6 bis 10 mm und darunter verstanden werden. Gerade auch in solcher Größe
vorliegende Ballastkohle läßt sich nach Bildung von Preßlingen sehr gut zur Gas
erzeugung verwenden.
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Weiterhin und insbesondere sind für das erfindungsgemäße Verfahren
auch unter Verwendung von Schlammkohle und/oder Müll bzw. papierhaltigem Abfall
hergestellte Preßlinge geeignet.
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Im übrigen können Bindemittel bekannter Art, so Teer, Pech usw. in
Betracht kommen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin,
daß das Einsatzgut bei seinem Einbrirlgen in die Schwelzone zu Preßlingen geformt
wird. Dies ist u.a. auch deshalb besonders güns-tig, weil die Zusammen setzung der
Preßlinge und deren Konsistenz allein im Hinblick auf die Gas erzeugung gewählt
werden kann und keine zusätzlichen Forderungen bezüglich Lager- und Transportfähigkeit
erfüllt werden müssen.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erläuterten Verfahrens
weist einen von einem Gefäß od.dgl. umschlossenen Vergasungsraum, einen sich an
diesen nach oben hin anschließenden Schwelschacht, eine Aufgabeeinrichtung für das
Einsatzgut, eine Einrichtung zur Asche- oder Schlackenabführung sowie Anschlüsse
für die zu- und abzuführenden Medien auf und kennzeichnet sich durch wenigstens
eine in den Vergasungsraum mündende Gasleitung, mittels derer vom oberen Ende des
Schwelschachtes abgnoienes Gas in den Vergasungsraum überführbar ist. Insbesondere
erstreckt sich die Gasleitung dabei durch das Innere des Schwelschachtes hindurch.
Dies ist u.a. thermisch sehr günstig.
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Um dem aus dem Schwelschacht entnommenen Gas einen gewünschten Druck
zu erteilen, läßt sich ein Gebläse od.dgl.
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vorsehen. Ein solches Gebläse kann insbesondere außerhalb des Schwelschachtes
angeordnet und dort einerseits mit
einem Gasauslaß aus dem Schwelschacht
und andererseits mit der Gasleitung verbunden sein.
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Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung setzt
sich der Vergasungsraum nach oben hin in einem den Schwelschacht wenigstens auf
einem Teil seiner Höhe umgebenden Gasführungsteil fort. Dies hat u.a. den Vorteil
einer günstigen Beheizung des im Schwelschacht befindlichen Einsatzgutes.
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Je ein absperrbarer Auslaß für die während des Prozesses zu entnehmenden
Gase ist zweckmäßig am oberen Ende des Gasführungsteiles angeordnet.
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Handelt es sich um die mit der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise ermöglichte Gas erzeugung aus weitgehend körnigem oder pulverförmigem Einsatzgut,
wie Unterkorn od.dgl., so wird die Aufgabeeinrichtung für das Einsatzgut vorteilhaft
als Preßvorrichtung ausgebildet, insbesondere nach Art einer Kollerpresse.
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l erl anderen Generatorbauarten kommt für die erfindungsgemäße Vorrichtung
insbesondere ein Festbettgenerator, namentlich ein Drehrostgenerator in Betracht.
Der Generator kann drucklos arbeiten oder aber auch ein Druckvergaser od.dgl. sein.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen
Zeichnung und aus den angefügten Ansprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen Generator gemäß
der Erfindung in teils schematischem Längsschnitt und Fig. 2 einen Teil des Generators
nach Fig. 1 in abgewandelter Ausführung.
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Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zur Erzeugung von
Gas aus kohlenstoffhaltigem oder aus reiner Kohle bestehendem Einsatzgut ist als
drucklos arbeitender Generator mit Drehrost 1 und Wasserschüssel 2 ausgebildet und
weist ein den Vergasungsraum 3 einschließendes Gefäß 4 sowie einen von Wandungen
5 begrenzten Schwelschacht 6 auf, der an seinem oberen Ende mit einer Aufgabeeinrichtung
7 für das Einsatzgut versehen ist und eine Schwelzone S für das letztere bildet.
Das Gefäß 4 setzt sich über dem Vergasungsraum 3 nach oben hin in einem den Schwelschacht
6 konzentrisch umgebenden Gasführungsteil 8 mit z.B. kreisringförmigem Querschnitt
fort. Vom oberen Ende dieses Teiles 8 geht einerseits eine mit einem Absperrventil
9 versehene Leitung 10 für Generatorgas oder Abgas und andererseits eine ebenfalls
ein Absperrventil 11 aufweisende Leitung für Produktgas ab. Über einen etwa im Bereich
des Drehrostes 1 am Generator vorgesehenen Einlaß 13 können die für den Prozeß benötigten
Medien von unten her in den
Vergasungsraum 3 eingeleitet und somit
durch ein in die sem befindliches Koksbett K hindurchgeführt werden. Bei der dargestellten
Ausführung lassen sich mit dem Einlaß 13 mittels nicht dargestellter Ventile oder
Umschalteinrichtungen wahlweise eine Luftleitung L bzw. eine Dampfleitung D und/oder
eine Gasleitung G verbinden.
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Von einem oberen, über der eigentlichen Schwelzone S befindlichen,
einen Sammelraum einschließenden Abschlußteil 14 des Schwelschachtes 6 führt ein
Gasauslaß 15 zur Saugseite eines Gebläses 16, das auf seiner Druckseite an eine
Gasleitung 17 angeschlossen ist, die sich durch das Innere des Schwelschachtes 6
hindurch nach unten erstreckt und in den Vergasungsraum 3 in den Bereich des darin
befindlichen Koksbettes K mündet.
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Ein solcher Generator stellt eine vorteilhafte Vorrichtung zur Gaserzeugung
dar. Eine Ausführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verbindung mit
diesem Generator nachstehend erläutert.
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Durch die Aufgabeeinrichtung 7 gelangt das Einsatzgut, etwa stückige
Steinkohle, in den Schwelschacht 6, wo es eine Aufheizung und Verschwelung erfährt.
Dabei ergibt sich nicht nur eine Verminderung der Backfähigkeit bei zu Backen neigender
Kohle, sondern es findet auch unter Verkokung eine Entgasung statt. Der Schwelkoks
gelangt anschließend in den Vergasungsraum 3. Diesem,wird in der
Blaseperiode
über die Leitung L und den Einlaß 13 Luft zugeführt, wobei sich durch den Verbrennungsvorgang
eine starke Erhitzung des Koksbettes K ergibt. Bei geschlosenem Ventil in der Auslaßleitung
12 für Produktgas und geöffnetem Ventil 9 in der Auslaßleitung 10 kann über die
letztere während der Blaseperiode anfallendes Generatorgas oder Abgas abgenommen
werden. Dieses Gas kann insbesondere zur Bereitstellung des Vergasungsdampfes in
einem Dampferzeugungssystem nachverbrannt werden. Ein solches System kann von bekannter
Art sein und ist nicht besonders dargestellt.
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In der Gaseperiode wird über die Leitung D und den Einlaß 13 zugeführter
überhitzter Wasserdampf über den glühenden Koks im Koksbett K geleitet, wobei nach
der Wassergasgleichung C + H20 -eo CO + H2 Wassergas erzeugt wird.
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Die Temperatur kann dabei namentlich im Bereich zwischen 8500 C und
11000 C liegen.
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Die Erwärmung des Einsatzgutes im Schwelschacht 6 erfolgt einmal durch
Wärmeleitung durch die Schachtwand 5, die außen auch von den im Gasführungsteil
8 aufsteigenden Gasen beaufschlagt ist, und zum anderen durch direkten bergang der
Wärme von durch den Schwelschacht 6 gehendem Wälzgas an das Einsatzgut. Während
der Blaseperiode kann solches im Sinne der im Schwelschacht 6 eingezeichnet an Pfeile
aufsteigendes Wälzgas auch mit Hilfe des Gebläses 16 über die Leitung 17 zurückgeführt
werden.
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In der Gaseperiode wird aus dem oberen Teil 14 des Schwelschachtes
6 das dort vorhandene Gas, das hier mit vorhandenen Wälzgasanteilen insgesamt als
Schwelgas bezeichnet sei, mittels des Gebläses 16 abgezogen, durch die Leitung 17
nach unten gedrückt und somit in die Glühzone des Koksbettes K geblasen. Es wird
dort thermisch gespalten und dadurch zu einem hochwertigen Gas aufbereitet, das
dann zusammen mit dem im eigentlichen Wassergasprozeß entstandenen Gas über die
nun geöffnete Leitung 12 bei abgesperrter Leitung 10 als Produktgas aus dem Generator
abgeführt wird. Auf diese Weise läßt sich in einem einzigen geschlossenen System
unmittelbar ein wasserstoff-und kohlenmonoxidreiches Gas erzeugen, das z.B. als
Synthesegas verwendbar ist, aber auch als Heizgas.
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Während der Gaseperiode kann zusätzlich auch über die Leitung G von
außen herangeführtes Gas zusammen mit Wasserdampf über den Einlaß 13 in den Vergasungsraum
3 eingeführt werden, so daß auch ein solches Gas, insbesondere ein teilgenutztes
Gas aus einem anderen Prozeß mit aufbereitet und genutzt wird.
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Wenn als Einsatzgut Unterkorn aus Ballastkohle oder ähnliches Material
verwendet werden soll, wird als Aufgabeeinrichtung vorteilhaft eine nach Art reiner
Kollerpresse ausgebildete Vorrichtung vorgesehen. Eine solche Weist, wie aus Fig.
2 ersichtlich ist, eine am oberen Ende des
Teiles 14 des Schwelschachtes
6 angebrachte und den letzteren abschließende Matrize 23 auf, die in einem kreisringförmigen
Bereich mit einer Vielzahl von Kanälen 24 vor sehen ist. Auf der Oberseite der Matrize
23 laufen z.B.
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vier Preßräder 25, die bei ihrem Umlauf um eine- vertikale Achse 26
den die Kanäle 24 enthaltenden Bereich voll über decken und diesen dabei mit dem
von ihrem Gewicht hervorgerufenen Druck beaufschlagen. Die Achse 26 ist in geeigneten
Lagern geführt und kann von einem nicht dargestellten Motor angetrieben werden.
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Die Preßräder 25 laufen in einem geschlossenen Gehäuse 27, in das
mittels einer Dosier- und Förderschnecke 28 in einen Trichter 29 eingegebenes Einsatzgut
eingeführt werden kann. Dem Einsatzgut können dabei auch Zusätze oder Bindemittel
beigefügt werden.
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Das von der Schnecke 28 in das Gehäuse 27 abgegebene Gut wird von
den Preßrädern 25 bei deren Umlauf in die Kanäle 24 der Matrize 23 gepreßt und verläßt
dieselben in Form von festen Preßsträngen, die nach Erreichen einer gewissen Länge
unter der Wirkung der Schwerkraft und/oder unter dem Einfluß der mechanischen Spannungen
des Preßvorganges abbrechen, so daß fortlaufend und gleichzeitig eine große Anzahl
von Preßlingen geformt wird, die eine für die Gaserzeugung richtige Größe haben.
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Bei der vorausgegangenen Erläuterung wurde das erfindungsgemäße Verfahren
in einer besonders vorteilhaften Ausführungsweise zur Erzeugung eines hochwertigen
Gases beschrle ben, wobei nach dem Prinzip des sog. Wassergasprozesses ein abwechselndes-
Blasen und Gasen erfolgt. Es ist nach der Erfindung ferner möglich, unter ständiger
oder zeitweiliger Einführung von aus der Schwelzone abgenommenem Schwelgas in das
Koksbett auch kontinuierlich zu arbeiten. Es werden dann z.B. Luft und Wasserdampf
gleichzeitig in das Koksbett eingeleitet und Schwelgas in dasselbe eingeführt. Hierdurch
kann unter Nutzung von Schwelgas auch Generatorgas als Heizgas, Reduktionsgas od.dgl.
erzeugt werden, insbesondere aus Ballastkohle oder ähnlichem Gut.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung
dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt,
für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen
werden.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e