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Verfahren zum Erzeugen eines Wassergases bestimmter Zusammensetzung,
insbesondere von Synthesegas, aus festen Brennstoffen Die Erfindung betrifft die
Erzeugung eines Wassergases, insbesondere eines Synthesegases, mit bestimmtem Verhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenbxyd und möglichst geringem Gehalt ,an Kohlensäure, Stickstoff,
Methan und schweren Kohlenwasserstoffeen ; aus. festen Brennstoffen in einer von
außen beheizten, stetig arbeitenden :senkrechten Kammer, in der die Gase im Gleichstrom
mit dem sich bildenden glühenden. Koks wandern, während von unten her Wasserdampf
eingeführt wird.
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Bei der Verwendung solcher Gleichstromkammern hängt der Kohlendurchsatz,
wie ohne weiteres ersichtlich, stark vom Teergehalt der verwendeten Kohle ab. Bei
Verwendugg einer Kohle von 8 0% Teergehalt liegt beispielsweise der Kohlendurchsatz
,gegenüber der Verwendung ,einer Kohle von i 4 Teergehalt um 640;o höher. Um daher
ein möglichst kohlenwasserstoffarmes Gas zu erzeugen, mußte der Weg zum Spalten
sehr lang sein, die Kammer also eine erhebliche Höhe erhalten, wenn man eine Durchsatzverminderung
nicht im: Kauf nehmen will. Bei höherem mit höherer Gasentwicklung gelangen nämlich
die Gase in kürzerer Zeit zum Gasabgang als umgekehrt. Es ist klar, daß auch die
Beheizung sehr kräftig sein muß, um bei dem bisher angewandten Verfahren die Zersetzung
der Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Um den Zersetzungsvorgang zu vereinfachen,
die Kammerhöhe zu verringern oder den Durchsatz zu erhöhen, also die Kammer weitgehend
bezüglich ihrer Zerlegungsarbeit zu entlasten, werden daher erfindungsgemäß die
im Oberteil der Kammer ,entstehenden Schwelgase und Teerdämpfe nicht gezwungen,
die Spaltzone zu durchströmen, sondern: sie werden im Oberteil der Kammer durch
einen zweiten, am Kammerkopf befindlichen Gasabgang ;getrennt abgezogen, während
das im unteren Teil der Kammer erzeugte Gas zum Teil nach Aufheizung unterhalb der
Schwelzone wieder eingeleitet wird. Durch die richtige Einstellung der Drucke muß
dann dafür gesorgt werden, daß :das eingeführte Gasnach unten zieht und nicht seinen
Weg nach oben in die Schwelzone findet.
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Der Abzug minderwertiger Gase und Dämpfe, z. B. Wasserdampf und Kohlensäure,
am Kammerkopf beim Gleichstromverfahren ist für die Herstellung von Heizgas bereits
bekannt. Hierdurch wird jedoch lediglich eine Entlastung der Kammer von Ballastgasen
erreicht, weil Teerbestandteile nur in unwesentlicher Menge abgezogen werden und
der Durchsatz nicht vergrößert wird.
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Ein anderes, nicht nach dem Gleichstromprinzip arbeitendes Verfahren
zur Herstellung eines Mischgases schwelt getrennt den Tieftemperaturteer paus der
Kohle ab und fügt
das aus dem Teer durch Spaltung erhaltene Gas
dem Schwelgas und dem aus dem Halbkoks in üblicher Weise gewonnenen Wassergas hinzu.
Abgesehen davon, tiaß es sich dabei um einen unterbrochenen Betrieb mit seinen bekannten
Nachteilen handelt, entfällt hierbei der Vorteil des Gleichstromverfahrens, die
Spaltung der Hauptmenge der Entgasungsbestandteile innerhalb des Gaserzeugers durchzuführen,
so äaß hochbeheizte Spalträume notwendig sind, um die Zerlegung der Ent,gasungserzeugnisse
vorzunehmen. Auch entfällt hierbei der Vorteil. des Gleichstromverfahrens der unvollständigen
Vergasung des Brennstoffes, um von der Eigenschaft der Asche unabhängig zu werden.
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Die aus dem Kammerkopf abgezogenen Schwelgase und Teerdämpfe werden
also in einer üblichen Kondensations- und Entteerungsanliage vom Teer und gegebenenfalls
auch vom Benzin befreit.
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Es ist ferner bekannt, aufgeheizte Gasteilströme zur Entgasung zu
verwenden, im vorliegenden Fall wird jedoch noch mehr erreicht. Ein großer Teil
des nötigen Wärmeaufwandes dient nicht ,allein zum Entgasen des Brennstoffes, sondern
auch zum Aufspalten der Entgasungsstoffe in permanente Gase und darüber hinaus zum
Spalten des Methans und seiner Homologen. Dies soll vor allem der eingeführte Gasstrom
bewirken, um gleicherweise wie durch den Abzug der Schwelgase und Teerdämpfe im
Oberteil eine Entlastung der Außenbeheizung und der Kammerheizfläche herbeizuführen.
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Die Erfindung läßt sich bei Brennstoffen niederen Teergehaltes anwenden,
da jauch hierbei eine noch beträchtliche burchsatzsteigerung erzielt wird. Die Verwendungteerreicher
Kohle in dem Gleichstromofen zur Synthesegasherstellung wird durch die Erfindung
überhaupt erst wirtschaftlich möglich, weil ohne Kammerentlastung der Durchsatz
bei Brennstoffen höheren Teergehaltes zu stark zurückgeht.
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Als Beispiel der .erfolgreichen Steigerung des Durchsatzes sei eine
Kohle mit 8 0/0 Schwelteer bei 170/0 WWassergehalt angeführt. Diese Kohle zeigt
bei einer Schwelgasabsaugung von 21o Nm3/t Kohle und einem Abzug von i % Teer eine
Durchsatzsteigerung von 33%.
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Die ,getrennte Entfernung der Teerbestandteile aus dem Oberteil der
Kammer hat nicht nur den Vorteil, die Spaltung innerhalb der Kammer zu vereinfachen
und zu erleichtern, sondern auch eine wirtschaftliche Bedeutung. Da die Wärmeeinheit
im Teer auch bei ,geringem Teerpreis wesentlich höher bezahlt wird als im Gas, ist
es wirtschaftlich von großem Einfluß, daß der Teer getrennt gewonnen und verwertet
wird, statt ihn unter Aufwand beträchtlicher Wärme und unter Erschwerung des gesamten
Betriebes in Gas zu verwandeln.
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Durch die Einführung eines nveiten Gasabganges bildet sich zwischen
beiden eine neutrale Druckzone, die innerhalb oder kurz unterhalb der Schwelzone
liegen muß. Die Einstellung dieser neutralen Zone erreicht man durch das Einhalten
einer bestimmten Druckdifferenz zwischen dem oberen und unteren Gasabgang. Da die
neutrale Zone in den meisten Fällen im Oberteil der Kammer liegen wird, ist auch
die Absaugung des oberen Gasabganges bei höherem Druck durchzuführen, was auch der
Absicht entspricht, die im Oberteil abgesaugte Gas- und Dampfmenge im Vergleich
mit dem Haupterzeugnis möglichst gering zu halten.
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Die Maßnahme, den Brennstoff nur unvollständig- -zu vergasen, so daß
ein Koksanteil übri,gbleibt, der in Generatoren vergast zur Unterfeuerung der Anlage
Verwendung findet, ist für das Gleichstromverfahren von Wichtigkeit. Der Aschenschmelzpunkt
als maximale Beheizungstemperaturgrenze spielt daher im vorliegenden Verfahren keine
Rolle. Verfahren zur Gaserzeugung in äscheaustragenden Generatoren stehen dem vorliegenden
Verfahren also nicht entgegen. Der Koksanfall gibt jedoch die Möglichkeit, die Zusammensetzung
des erzeugten Gases, insbesondere das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenoxyd,
einzustellen.
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Die bereits bekannte Schwelgasabsaugung aus Aufsätzen von Wassergasgeneratoren
hat gegenüber dem beschriebenen Verfahren Nachteile, da der Vorgang unterbrochen
geleitet wird und deshalb eine stetige genaue Zusammensetzung des Synthesegases
nicht erreicht werden kann. Das beispielsweise zur Fischer-Synthese erforderliche
Verhältnis von Wasserstoff :Kohlenoxyd kann nicht ohne weiteres von im Gegenstrom
erfolgendem Wassergasverfahren geliefert werden, da im Wassergasgenerator nur Koks
zur Verfügung steht, der bis zur Asche vergast wird. Die eigentliche Spaltzone,
die einen wesentlichen Bestandteil ,des vorliegenden Verfahrens. bildet, fehlt bei
diesem bekannten Verfahren.
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Es ist ferner bekannt, bei außenbeheizten, zur Kokserzeugung dienernde.
Öfen den zu verkokenden Brennstoff thermisch vorzubehandeln und zu entteeren, so
daß im @eigentlichen Koksofen lediglich die Hochtemperaturentgasung vor sich geht.
Bei diesem im Gegenstrom arbeitenden Verfahren wird kein Wasserdampf eingeführt,
es bietet somit nicht die Möglichkeit, Synthesegas zu erzeugen. Die Übertragung
des Gedankens, die Schwelung außerhalb der eigentlichen Kammer,
also
in Vorschwelkammern durchzuführen, auf die Erzeugung von Gasen bestimmter Zusammensetzung,
insbesondere Synthesegas mittels Wasserdampf, stellt eine beträchtliche Bereicherung
der Technik dar. Die Vorschwelkammer des bekannten Verfahrens bewirkt zwar eine
,gewisse Verkleinerung der eigentlichen Verkokungskammer, ,aber der Wärmeaufwand
für die Behandlung des Ausgangsbrennstoffes insgesamt wird durch die Vorschwelung
nicht verringert, sondern lediglich örtlich getrennt. Eine Verringerung d-er Heizflächen
insgesamt oder eine Durchsatz-Steigerung tritt aus diesem Grunde nicht ein. Im vorliegenden
Falle bedeutet jedoch die Entziehung der Schwelgase und Teerdämpfe aus dem Kammeroberteil
nicht nur .eine Entlastung der Kammer, sondern hat eine Verringerung des gesamten
Wärmeaufwandes zur Folge, weil an zur Zerlegung der kohlenwasserstoffreichen Schwelprodukte
erforderlicher Spaltwärme eingespart, dafür jedoch wertvoller Teer gewonnen wird.
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Der Grund dafür, daß bei einem Abzug von bereits i % Teer der Brennstoffdurchsatz
bis zu 33 % gesteigert werden kann, ist @darln zu suchen, daß den im Gleichstrom
mitgeführten Entgasungsprodukten, die weitgehend aufgespalten werden müssen, eine
entsprechend große Wärmemenge zugeführt werden muß, zu deren Übertragung in derselben
Kammer große Zeiträume ,erforderlich oder eine ungewöhnliche Vergrößerung der oberem.
Kammerheizfläche oder des ganzen Ofens die Folge sein muß.
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In der beiliegenden Zeichnung ist ein Längsschnitt einer stetig arbeitenden
Vertikalkammer i zur Herstellung von Synthesegas dargestellt. 2 ist die Kohlenzuführung
über eine Schleuse 3. 4. ist der Austrag am unteren Ende der Kammer für den nicht
vergasten Koksanteil. Bei 5 wird der Wasserdampf eingeführt. Oberhalb der Einführungsstelle
befindet sich bei 6 die Wassergaszone. Unterhalb der Wasserdampfeinführun,gist die
Kokskühlzone 7. Im Oberteil der Kammer befindet sich bei 8 die Trockenzone, bei
9 die Schwelzone, bei io liegt die neutrale Druckzone, unterhalb io bei i i die
Hochtemperaturentgasungs- und Spaltzone. Das entstehende fertige Gas wird bei 12a
und 12b in Gasabgängen, die durch die Schürzen 13a und 13b gebildet werden, abgezogen
und durch die Rohrleitung !q. der Verwendungsstelle zugeführt. Zur Erleichterung
des Betriebes werden durch die am Kammerkopf befindlichen Gasabgänge 15a und 15v
die Schivel,gase und Schweldämpfe durch die Leitung 16 der Kammer entnommen und
in der schematisch dargestellten Teerreinigung 17 von Teer befreit. Das ,gereinigte
Gas dient dann. zur äußeren Beheizung der Kammer neben dem durch Koksvergasung hergestellten
Generatorgas.
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Zur Innenbeheizung zweigt man bei 18 aus der Leitung !q. einen Teil
des entstandenen Gases ab, kühlt es in einem Wärmeaustauscher 19, damit es durch
das Gebläse 2o abgesaugt werden kann. Von hier aus wird es in dem genannten Wärmeaustauscher
19 im Quer-oder Gegenstrom wieder angewärmt und gelangt in den Relcuperator 21,
in dem .es die gewünschte Temperatur ,erhält. Über die Leitung 22 leitet man es
nunmehr in die Kammer i ein; damit es erst unterhalb der Schwelzone in die Kammerfüllung
eintritt, sind zwei Schürzen 23a und 231, angeordnet, Hinter denen das Gas bei 2¢a
und 24b in,die Kammer eintritt und bei 25a und 25U in den Koks eingeführt -wird.
Das Umwälzgas nimmt dann seinen Weg über die Zonen i o, i i und von dort über die
Gasabgänge 12a und 12b zusammen mit dem übrigen erzeugten Gas. Die zur Beheizung
des Rekuperators .erforderlichen Gas- und Luftzuführungen sind bei 26 und 27 schematisch
,angedeutet. Die Abführung der Rauchgase erfolgt bei 28.