-
Verfahren zur Erzeugung von Starkgas aus'bituminösen Brennstoffen
oder Entgasungsrückständen mittels Sauerstoff und Wasserdampf Zur Erzeugung eines
Starkgases wird neuerdings die Sauerstoffvergasung mit anschließender Veredelung
des Rohgases unter Ausführung katalytischer Kohlenwasserstoffreaktionen und Auswaschen
der inerten Kohlensäure -vorgeschlagen. Für Fernleitungszwecke muß dieses Gas, sofern
dies nicht schon vor der Veredelung geschehen ist, nach Reinigung von Schwefelwasserstoff
usw. auf den erforderlichen Druck verdichtet werden. Der Herstellung des Starkgases
auf diesem Wege stehen jedoch technische und wirtschaftliche Schwierigkeiten entgegen,
die vor allem auf die bis jetzt unzureichenden Leistungen der vorgeschlagenen Vorrichtungen
und Verfahren und die Kosten der Verdichtung großer Gasmengen zurückzuführen sind,
so daß bis heute von, der technischen Ausführung dieser Vorschläge nichts bekanntgeworden
ist.
-
Unter der Bezeichnung Hochdruckgeneratoren sind Gaserzeugerbauarten
bekannt, doch arbeiten diese nicht wie die Erfindung mit einem Druck von mehreren
Atmosphären, sondern sie dienen dazu, mit Windpressungen bis zu etwa 7oa mm/WS feinkörnige
Kohle zu vergasen. Der Überdruck wird in der Hauptsache aufgebraucht für die Durchdringung
der Kohlensäule im Gaserzeuger, und es hat das erzeugte Gas die übliche Pressung.
Andere Vorschläge weisen zwar neuerdings auf die Druckvergasung von Halbkoks mit
Wasserdampf hin, doch liegen hier mit den heutigen Mitteln, der Technik nicht überwindbare
Hindernisse vor, da es gilt, füt die kontinuierliche Durchführung der endothermen
Wassergasreaktion Wärme aufzubringen, deren Zufuhr durch Überhitzung des hochgespannten
Wasserdampfes auf Temperaturen von über 6oo ° C technisch unmöglich ist.
-
Man hat schon den Vergasungsprozeß unter höchstmöglichsten Temperaturen
mit trockener Luft oder unter Zusatz möglichst geringer Mengen Wasser dampf als
Vergasungsmittel unter einem so weit gesteigerten Druck ausgeführt, daß durch den
Einfluß von Druck und hoher Temperatur der im Brennstoff enthaltene Teer weitgehend
gekrackt und in gasförmige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.- Hierdurch wird
der Heizwert des Gases in geringem Maße erhöht und die Bildung kondensierbarer Bestandteile,
wie Teer, Öl usw., verhindert. Ein anderer Vorschlag geht dahin, aus den Rückständen,
die bei der Hydrierung von Brennstoffen anfallen, mit Sauerstoff oder Wasserdampf
unter Druck bei hoher Temperatur das Kohlenmonoxyd zu erzeugen, das für die Hydrierung
erforderlich ist. Für die Fern- oder Stadtgasversorgung kommen diese Verfahren nicht
in Frage, da weder Heizwert noch Gaszusammensetzung, insbesondere spez. Gewicht,
noch Wasserstoff- und Kohlenoxydgehalt für diese Zwecke genügen.
-
Demgegenüber wird durch die Erfindung ein hochwertiges wasserstoff-
und kohlenwasserstoffreiches Gas dadurch gewonnen, daß bituminöse Brennstoffe oder
Entgasungsrückstände unter einem Druck von mehreren Atmosphären mittels Sauerstoffs
oder sauerstoffangereicherter
Luft und so reichlichen Wasserdampfmengen
vergast werden, daß der Kohlenstoff des Brennstoffes vorwiegend in Kohlensäure und
Kohlenwasserstoffe übergeführt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet
beispielsweise wie folgt: Dem Gaserzeuger wird als Vergasungsmittel Sauerstoff unter
Druck zugeleitet, dem erfindungsgemäß, abweichend.von der bisherigen Praxis, Wasserdampf
in so großen Mengen beigemischt wird, daß der fixe Kohlenstoff des Brennstoffes
zu einem erheblichen Teil in Kohlensäure umgewandelt und dadurch die Vergasungstemperatur
derart erniedrigt wird, daß die Schwierigkeiten hinsichtlich des Baumaterials, des
Vergaserschachtes und der Verschlackung der Vergasungsrückstände vollkommen vermieden
werden. Dieser Wasserdampf kann zudem, falls erforderlich, mit der technisch gut
ausführbaren L`berhitzung von etwa 450' C zugeführt werden. Der Druck, mit dem das
Vergasungsmittel zur Anwendung gelangt, kann so hoch bemessen werden, daß man das
erblasene Gas zwecks Fernleitung und Reinigung, z. B. Kohlensäurewaschung, nicht
mehr zu y komprimieren braucht. Es entfällt also jede Kompressionsarbeit, da der
Wasserdampf sowohl als auch der Sauerstoff, die für die Vergasung benötigt werden,
bereits unter dem Druck ohne erhebliche 1lehrkosten erzeugt werden können, mit dem
sie erfindungsgemäß verwendet werden. Im Gegensatz hierzu mußte bei allen bisher
bekannten Verfahren, die Gas für Fernleitung lieferten, vor oder nach der Reinigung
das erzeugte Gas, das das fünf- bis sechsfache Volumen des als Vergasungsmittel
benutzten Sauerstoffs aufwies, durch Kompression auf den erforderlichen Druck gebracht
werden. Die Ersparnis, die das neue Verfahren durch Vermeidung der Kompression bringt,
macht die Vergasung mittels Sauerstoff erst wirtschaftlich tragbar.
-
Die Reaktion unter hohem Druck wirkt sich weiter vorteilhaft dahin
aus, daß mit ihr eine wesentliche Durchsatzsteigerung des Gaserzeugers verknüpft
ist. Die Staubentwicklung und Gefahr des örtlichen Gasdurchbruchs im Gaserzeuger
ist bekanntlich bei gleicher Korngröße des Brennstoffes proportional dem Quadrat
der Geschwindigkeit und direkt proportional dem spezifischen Gewicht des Vergasungsmittels.
Demnach kann gegenüber der üblichen Vergasung unter ungefähr atmosphärischem Druck
mit zunehmendem Vergasungsdruck auch die Querschnittsbelastung mit dem Wurzehvert
dieses Druckes gesteigert werden, so daß, ganz abgesehen von der bereits durch Sauerstoffvergasung
möglichen Leistungssteigerung, darüber hinaus der Brennstoffdurchsatz z. B. bei
Vergasung unter 15 Atm. um etwa den 15 fachen Betrag erhöht werden kann. Die Anwendung
hohen Druckes bewirkt ferner bei den Verfahren gemäß der Erfindung zusammen mit
der hohen Wasserdampfsättigung eine wesentliche Verbesserung des Starkgase durch
Bildung von Kohlenwasserstoffverbindungen (C H, C, H,; u. dgl.) infolge hydrierender
Einwirkung des entstehenden Wasserstoffes auf den Brennstoff. Für den allgemeinen
Ablauf der Gasreaktionen ist bekannt, daß steigende Temperaturen den Zerfall dieser
hochmolekularen Verbindungen nach der Wasserstoffseite der Reaktionsgleichung begünstigen.
Druckzunahme andererseits führt zu dem Svstem mit kleinem Volturen, d. h. in diesem
Fall zu Bildung höhermolekularer Kohlenwasserstoffverbindungen unter Aufnahme von
freiem Wasserstoff. Versuche haben gezeigt, - daß es besonders bei jüngeren Brennstoffen
möglich ist, bei dieser Arbeitsweise einen kontinuierlichen Vergasungsprozeß bei
Temperaturen von 6oo bis oo = C durchzuführen, so daß niedere Temperaturen und hoher
Druck bereits im Gaserzeuger den Reaktionsablauf in Richturig der gewünschten Kohlenwasserstoffbildung
beeinflussen. Weiter kann durch Beigabe von katalytisch wirkenden Zuschlägen zum
Brennstoff eine wesentliche Reaktionsbeschleunigung erzielt werden. Von besonderem
Vorteil ist es, daß die Kohlenmonoxydbildung durch die niedere Vergasungstemperatur
zugunsten der Kohlensäurebildung zurückgedrängt wird, so daß im Endgas der erwünschte
geringe Kohlenmonoxydgehalt erreicht wird, während die Kohlensäure als inerter Gasbestandteil
leicht mit Hilfe bekannter Verfahren entfernt werden kann, um so mehr, als das erfindungsgemäß
erblasene Gas bereits mit dem für diese Kohlensäureabtrennungsverfahren erforderlichen
Druckerzeugt ist und die sonst erforderliche Verdichtung sich demgemäß erübri,1t.
-
Mit dem Verfahren nach der Erfindung war es möglich, bei einem Vergasungsdruck
von 2o atü in einem Gaserzeuger von nur i qm Schachtquerschnitt stündlich bis zu
äoo kg getrocknete Braunkohle restlos zu vergasen und dabei ein Gas von folgender
Zusammensetzung zu erzielen: oll, CO. -F- H_ S o .g aCsft Hit.
-
i3,2 0; `o C O 17,0 0,`0 CH., 77,5 0;'0 H.. 2,0 0l0
Dabei wurde der Teer des Brennstoffes größtenteils urzersetzt gewonnen, und der
Methangehalt des erzeugten Gases war nicht wesentlich geringer, wenn im Gaserzeuger
bitumenarme Brennstoffe, z. B. Halbkoks oder Anthrazit, vergast wurden.
-
Das dem Gaserzeuger zugeführte V ergasungsmittel
bestand
aus etwa i Teil Sauerstoff und 6 Teilen. Wasserdampf.
-
Das gemäß dem Verfahren der Erfindung erzeugte Gas kann unmittelbar
beliebigen weiteren Reinigungs-. und Veredelungsverfahren unterworfen werden, deren
Durchführung durch den bereits vorhandenen. Druck wesentlich erleichtert und beschleunigt
wird: Dies gilt z. B. für die erwähnte Kohlensäureauswaschung, ferner für die Anwendung
der Sabatier-Methanbildungsreaktion, die Schwefelreinigung und die Kondensation
der Benzin-Kohlenwasserstoffe. Es wird mit Hilfe der Erfindung möglich, durch Vergasung
unter erhöhtem Druck selbst minderwertige gasarme Brennstoffe, wie Braunkohle, in
ein Starkgas umzuwandeln, das im spez. Gewicht, seinem Heizwert und geringem Kohlenoxydgehalt
der Leuchtgasnorm entspricht.
-
Bei kontinuierlichem Betrieb muß der zu vergasende Brennstoff naturgemäß
mittels besonderer Vorrichtungen in den Vergasungsraum eingeführt werden. Dies geschieht
zur Vermeidung von Gasverlusten z. B. durch eine Schleusenkammer mit doppeltem Verschluß.
In diese wird der Brennstoff eingeführt, worauf die Kammer geschlossen und mit der
aus dem Verfahren anfallenden überschüssigen Kohlensäure oder mit Wasserdampf oder
beiden oder ähnlichen Mitteln auf den Innendruck des Gaserzeugers gebracht wird.
Der Brennstoff wird darauf aus der Kammer in den Vergaser übergeführt und Kammer
und Vergaser zwecks Einführung einer neuen Beschickung wieder getrennt. Bei stark
wasserhaltigen Brennstoffen kann die Schleusenkammer auch derart ausgebildet werden,
daß darin eine Trocknung des Brennstoffes nach den bekannten, mit direkter Einleitung
von hochgespanntem Dampf arbeitenden Verfahren ermöglicht wird. In gleicher Weise
erfolgt die Beseitigung des Vergasungsrückstandes durch Ausschleusen oder auch durch
Spülentaschung. Der Gaserzeuger selbst- wird in der üblichen Weise als ein ausgemauerter
zylindrischer Schacht mit oder ohne mechanische Entaschungsvorrichtung ausgeführt
und erhält einen trotz der angewandten hohen Drücke verhältnismäßig großen Querschnitt,
da die Spannungen, denen der Mantel des Gaserzeugers ausgesetzt wird, durch die
Anwendung niederer Vergasungstemperaturen in technisch durchaus beherrschbaren Grenzen
gehalten werden können. .
-
Wenn in besonderen Fällen sehr hohe Drücke angewendet werden sollen,
wird man jedoch möglicherweise eine intermittierende Gaserzeugung der als Beispiel
genannten kontinuierlichen Vergasung vorziehen. Zu diesem Zweck wird der Vergasungsraum
nach beendigter Reaktion entspannt, der Rückstand daraus entfernt und der Vergasungsraum
wieder neu mit Brennstoff aufgefüllt. E s kann in diesem Fall auf den Einbau besonderer
Schleusen verzichtet werden. .
-
Der Druck, unter dem die Vergasung vorgenommen wird, braucht natürlich
nicht dem Fernleitungsdruck zu entsprechen; so kann es in gewissen Fällen zweckmäßig
sein, unter höherem Druck zu vergasen, wenn damit bereits ein Starkgas hergestellt
werden. kann, das schon nach Auswaschen der Kohlensäure die gewünschte Zusammensetzung
hat. Die überschüssige Spannungsenergie wird dann vorteilhaft zum Antrieb der für
die Durchführung des Verfahrens notwendigen Hilfsmaschinen verwendet. Umgekehrt
kann der Druck im Gaserzeuger auch mit Rücksicht auf den Gesamtsprozeß etwas niedriger,
als für die Weiterverwendung des Gases erforderlich, gehalten und direkt nach oder
zwischen den einzelnen Reinigungs- undVeredelungsoperationen stufenweise erhöht
werden.