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Verfahren zur Regelung der Temperatur von mit brennbaren Stoffen verunreinigten
Gasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme aus Gasen und
zur Regelung der Temperatur von verunreinigten Gasen.
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Die Regelung der Temperatur verunreinigter Gase erfolgt heim Verfahren
gemäß der Erfindung in der Weise, daß verunreinigtes Gas bei einer von seiner eigenen
verschiedenen Temperatur mit einem lSett eines inerten granulierten festen Stoffes
in Berührung gebracht wird, worauf der granulierte feste Stoff bei einer geeigneten
Temperatur mit einem sauerstoffhaltigen Gas lbandelt wird, um durch \ erbrennung
die auf ihm abgeschiedenen hrennaren Bestandteile zu entfernen.
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\Venn in der vorliegenden Beschreibung von veranreinigten Gasen die
Rede ist, so werden darunter solche Gase verstanden, in denen Festteilchen suspendiert
sind, und bzw. oder solche, die brennbare Stoffe in Dampfform enthalten, welche
die Neigung haben, zu kondensieren und sich abzuscheiden, wenn die Temperatur der
Gase verringert wird. Die im Gas suspendierten festen Stoffe können im letztgenannten
Falle aus inerten Stoffen, beispielsweise aus Tasche von Brennlstoffen, bestehen;
sie können aber auch brennbare Stoffe, insbesondere kohlenstoffhaltige Stoffe wie
Kohle, teilweise verbrannte Kohle, Koks, Pech oder Mischungen dieser Stoffe, enthalten
und müssen dies tun, wenn die Gase keine brennbaren Stoffe in Dampfform enthalten,
welche die Neigung haben, sich bei einer Senkung der Temperatur abzuscheiden. Diese
letzteren Stoffe können zumindest zum Teil aus Pech, Teeren, Kohlenwasserstoffen
von
hohem Molekulargewicht oder Mischungen derartiger Stoffe bestehen.
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Der heim Verfahren gemäß der Erfindung zur .\anwendung gelangende
inerte granulierte feste Stoff kann regelmäßige oder unregelmäßige Formen verschiedenster
\rt besitzen. So kann er beispielsweise aus Kugeln, kugelähnlichen Körpern oder
Ellipsoiden hestehen und kann kieselsäurehaltige Stoffe, feuerwiderstandsfähiges
Material, glasierte oder unglasiertes Porzellan enthalten. Zur Verwendung für gewisse
Gase könnten Uferkiese oder Kiese anderen Ursprungs benutzt werden.
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Obwohl das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Erhöhung
der Temperatur eines verunreinigten Gases angewandt werden kann, ist es besonders
geeignet in seiner Anwendung zur Senkung der Temperatur derartiger Gase, wodurch
gleichzeitig zum mindesten ein Teil der in den Gasen enthaltenen fühlbaren Wärme
gewonnen werden kann. I)iese Wärme wird in diesem Fall durch die inerten granulierten
festen Stoffe aufgenommen und kann aus diesen wiedergewonnen werden.
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Bisher bot die Wiedergewinnung der fühlbaren Wärme aus Gasen, die
größere Niengen an Staub urid Dämpfen, beispielsweise von teerigen Stoffen, enthielten,
unter Verwendung von Wärmeausrauschern, welche den heißen Gasen große Oberflächen
darbieten, erhebliche Schwierigkeiten. Es war hierbei notwendig, die Gase einem
eingehenden Reiningungsprozeß zu unterwerfen, um eine Versehmutzung der Wärmeaustauschflächen
zu verhindern.
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Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß das granulierte feste
Material, nachdem es zur Senkung der Temperatur eines verunreinigten Gases benutzt
worden ist, d. h. nachdem fühlbare Wärme wiedergewonnen worden ist, dazu verwendet
werden kann, Gase und bzw. oder Dämpfe, welche beispielsweise für die Durchführung
eines chemischen Verfahrens verwendet werden. vorzuerhitzen. Dies kann entweder
durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch erfolgen, je nachdem in welchem Verfahren
die erwärmten Gase und bzw. oder Dämpfe verwendet werden sollen, wobei schließlich
der inerte granulierte feste Stoff bei einer geeigneten Temperatur mit einem sauerstoffhaltigen
Gas behandelt wird, um die darauf nieder.' geschlagenen brennbaren Anteile durch
Verbrentiung zu entfernen. Es ist auch möglich. den erwärmten inerten granulierten
festen Stoff dazu zu verwenden, ein sauerstoffhaltiges Gas. wie beispielsweise Luft,
vorzuerwärmen um dieses dann beispielsweise in einem Verbrennungsprozeß zu verwetiden.
In diesem Falle wird, vorausgesetzt, daß das feste Material eine genügend hohe Temperatur
aufweist, der auf ihm niedergeschlagene brennbare Stoff verbrannt, wodurch die Temperatur
des sauerstoffhaltigen Gases durch die Verbrennungswärme weiterhin erhöht wird.
Bei dieser erfindungsgemäßen Arbeitsweise muß das Verfahren derart geleitet werden,
daß das sauerstoffhaltige Gas, welches aus dem granulierten inerten festen Stoff
austritt. noch genügend Sauerstoff enthält. daß es in dem beabsichtigten Verbrennungsverfahren
Verwendung finden kann.
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Wenn also beispielsweise verunreinigte Gase ini Gegenstrom zu einem
Bett aus granuliertem inertem Stoff geführt werden. so schlägt sich hierbei auf
den Teilchen des inerten Stoffes Staub nieder. und die in den Gasen enthaltetiett
l)ämpfe von teerartigen Stoffen werden kondensiert und ebenfalls auf dein inerten
Material niedergeschlagen, wälirend die in den Gasen enthaltene fühlbare Wärme von
dem inerten granuliel-tell Stoff absorbiert wird.
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Wenn dann der feste inerte Stoff einem anderen Gefäß zugeführt wird
und zur Vorerwärmung von Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas verwendet
wird, werden das kondensierte teerige Material und alle brennbaren Bestandteile
des niedergeschlagenen Staubes verbrannt. vorausgesetzt, daß die Temperatur hoch
genug ist, um die Verbrennung einzuleiten. Auf diese Weise wird zu der durch die
Luft oder das sauerstoffitaltige Gas während des Durchganges durch das heiße granulierte
inerte Material aufgenommenen Wärme weitere Wärme hinzugefügt. Nachdem der inerte
granulierte feste Stoff bei einer geeigneten Temperatur mit einen sauerstoffhaltigen
Gas l)ehandelt worden ist, um durch Verbrennung die auf ihm niedergeschlagenen brennbaren
Bestandteile zu entfernen, kann dieses so erwärmte Material in dem Verfahren dazu
verwendet werden, die Temperatur weiterer Mengen verunreinigten Gases zu regeln.
Nach dieser Behandlung mit eine sauerstoffhaltigen Gas kann die Temperatur des inerten
granulierten festen Stoffes unter Umständen zu hoch sein. unl ihll zur Temperaturrege
lung weiterer Mengen des verunreinigten Gases verwenden zu können. und iii diesem
Fall ist unter Umständen eine Kühlung notwendig. Eine derartige Kühlung kann zweckmäßig
dadurch erfolgen. daß der heiße inerte granulierte feste Stoff dazu verwendet wird.
ein anderes kühleres Gas und bzw. oder einen anderen Dampf vorzuwärmen. Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird also der inerte granulierte feste Stoff nach
der Behandlung mit einem sauerstoffhaltigen Gas itei geeigneter Temperatur zwecks
Entfernung der auf ihm niedergeschlagenen brennbaren .\anteile durch Verbrennung
dazu verwendet, weitere Gasmengen vorzuwärmen, bevor er wieder dazu verwendet wird
die Temperatur von verunreinigtem (,as zu regelt.
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Der inerte granulierte feste Stoff kann in eine Gefäß enthalten sein.
das abwechselnd dazu verwendet wird, die Temperatur eines verunreinigten Gases zu
regelt und den inerte granulierten festen Stoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas
zu behandeln. um die auf ihm niedergeschlagenen hrenllbaren Anteile zu entfernen.
Durch Anordnung einer Anzahl derartiger Gefäße in Serie mit geeigneten Wechselventilen
und Verbindungsleitungen kann das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren
kontinuierlich durchgeführt werden. Während also beispielsweise in einem Gefäß die
Temperatur eines verunreinigten Gases geregelt
wird, werdett 1 einem
anderen Gefäß die niedergeschlagenen rennbaren Bestandteile aus dem inerten granulierten
festen Stoff entfernt, worauf nach einem gewissen Zeitverlauf die Funktionen dieser
beiden Gefäße vertauscht werden können. Es wird jedoch bevorzugt, das den Gegenstand
der Erfindung bildende Verfahren derart durchzuführen, daß der granulierte feste
Stoff in Gleidhstrom oder Gegenstrom mit den zu behandelnden Gasen gebracht wird,
so daß der granulierte feste Stoff kontinuierlich durch die Kessel strömt, in denen
die verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Bei
dieser Ausführungsform der Erfindung wird es bevorzugt, im Gegenstrom zu arbeiten.
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Im folgenden Beispiel ist das den Gegenstand der Erfindung bildende
Verfahren in Anwendung auf die Verkokung von Kohle beschrieben, die in granulierter
Form vorliegt und in Form eines flüssigkeitsähnlichen Bettes gehalten wird.
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Auf der Zeichnung ist schematisch eine beispielsweise Ausführungsform
einer Apparatur dargestellt, in der das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahrne
durchführt werden kann.
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Tn ein Gefäß 2 werden durch ein Rohr t kleine unglasierte Porzellankugeln
eingegeben, welche aus dem Gefäß 2 durch ein Ruhr 3 abgezogen werden.
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Voll diesem Rohr 3 teilt sich der Strom der Porzellankugeln ill zwei
Ströme, die durch die Leitungen 4 uncl 5 in Gefäße 6 bzw. 7 geführt werden, in denen,
wie unten näher beschrieben, eine Vorerwärmung der Gase erfolgt. Die unglasierten
Porzellankugeln verlassen die Gefäße 6 und 7 durch Rohrleitungen 8 und 9, die dann
wieder zu einer Rohrleitung 10 vereinigt werden, durch die die Porzellankugeln über
die Leitung 1 wieder dem Gefäß 2 zugeführt werden. Diese Rückführung der Kugeln
ill das Gefäß 2 kann zweckmäßig mit hilfe eines Förderers erfolgen, der mit Gasverschlüssen
versehen ist. Heiße Verbrennungsgase, welche in der noch zu beschreibenden Weise
entstehen, werden dem Gefäß 2 durch die Leitung 11 zugeführt untl verlassen es durch
die Leitung 12.
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Die in den Gasen enthaltene Fühlbare Wärme wird von den das Gefäß
2 durchlaufenden Porzellankugeln aufgellommell. Beim Durchlaufen der Leitungen 3
und 4 in das Gefäß 6 geben die Porzellankugeln die in ihnen enthaltene Wärme an
Luft ab, die dem Gefäß 6 durch eine Leitung 13 zugefültrt wird. L)ie erwärmte Luft
verläßt das Gefäß 6 durch eine Leitung 14, die in eine Verbrennungskammer 15 führt.
Der Strom der erwärmten Porzellankugeln, welcher durch die Leitungen 3 und 5 in
das Gefäß 7 fließt, gibt dort die Wärme an Verkokungsgase ab. die in noch zu beschreibender
Weise erzeugt werden und die durch die Leitung I6) in das Gefäß 7 gelangen und es
durch die Leitung I, verlassen. Auf diese Weise werden also zwei Das vorerwärmungsstufen
erzielt. Zu verkokende Kohle wird durch eine Leitung 19 dem Gefäß 18 zugeführt,
in dem sie dadurch in Form eines flüssigkeitsähnlichen Bettes gehalten wird, daß
Verkokungsgas hindurchgeleitet wird, welches in dem Gefäß 7 erhitzt worden ist und
welches dem Gefäß 18 durch die Leitung 17 zugeführt wird. Die das Verkokungsgefäß
18 durch die Leitung 20 verlassenden Verkokungsgase durchlaufen einen hydrauliselten
Abschluß 21 und eine Apparatur 22, in der eine Vorreinigung der Gase erfolgt, bevor
diese durch die Leitung I6 in das Gefäß 7 gelaugen. Es ist jedoch zu beachten, daß
die durch die Leitung 20 strömenden Gase direkt dem Gefäß 7 zugeleitet werden können,
d. h. ohne die Vorreinigung, die durch Benutzung des hydraulischen Abschlusses 21
und der Apparatur 22 erhalten wird.
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Verkokungsgas kann aus der Apparatur nach Wunsch durch die Leitung
23 abgezogen werden.
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Auf diese Weise wird das durch die Leitung 16 und das Gefäß 7 strömende
Verkokungsgas vorerwärmt und dem Verkokungsgefäß 18 erwärmt wieder zugeleitet. Kohlenstoffhaltiges
Material, welches das Gefäß I8 durch die Leitung 24 verläßt, kann einer Gaserzeugungsstufe
zugeführt werden, um Wassergas herzustellen. Das teilweise verbrauchte feste kohlenstoffhlatige
Material aus der Gaserzeugungsstufe kann durch die Lietung 25 dem Gefäß 15 zugeführt
werden. Dieses teilweise verbrauchte kohlenstoffhaltige Material kommt mit durch
die Leitung 14 dem Gefäß 15 zugeführter vorerwärmter Luft in Berührung, wodurch
eine Verbrennung stattfindet und die Temperatur des kohlenstoffhaltigen Materials
in dem Gefäß 15 erhöht wird. Heißes kohlenstoffhaltiges Material tritt über das
Wehr 26 und gelangt durch eine Leitung 27 in das Verkokungsgefäß 18, wodurch das
heiße kohlenstoffhaltige Material Wärme für das in dem Gefäß 18 erfolgende Verkokungsverfahren
liefert.
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Unter Umständen kann auch so gearbeitet werden, daß in dem Gefäß 15
Generatorgas erzeugt wird, indem durch die Leitung 25 Wasserdampf eingeleitet wird.
Anstatt das kohlenstoffhaltige Material, welches das Gefäß 18 durch die Leitung
24 verläßt, einer Gaserzeugungsstufe zuzuführen, kann es auch in den unteren Teil
des Gefäßes 15 eingegeben werden, in dem eine Verbrellllung stattfindet. Bei einer
derartigen Arbeitsweise wird die Temperatur des kohlenstoffhaltigen Materials ererhöht,
worauf ein Teil des über das Wehr 26 tretenden heißen kohlenstoffhaltigen Materials
einer getrennten Gaserzeugungsstufe zugeführt werden kann, in der es mit Dampf behandelt
wird, um es in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand zu halten und Wassergas zu erzeugen.
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In dem beschriebenen Beispiel werden in den Gasen nach dem Durchtritt
durch die Vorreinigungsapparatur 22 etwa noch enthaltener Staub und teerige Dämpfe
die Tendenz haben, sich auf den tlas Gefäß 7 durchlaufenden Porzellankugeln niederzuschlagen.
Da die Porzellankugeln kontinuierlich die Gefäße 2, 6 und 7 durchlaufen, ergibt
sich. daß ein Teil der verunreinigten Porzellan kugeln durch das Gefäß 6 gelangt,
wo alles in dem Staub enthaltene kohlenstoffhaltige Material und im wesentlichen
alles auf den Kugeln kondensierte teerige Material verbrennt, dadurch, daß es mit
einem
Teil der durch die Leitung 13 eingeführten Luft in Berührung kommt, wodurch die
Porzellankugeln gereinigt werden und Wärme auf die übrige Luft übertragenwird, zusätzlich
der denPorzellankugeln entzogenen Wärme.
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In dem beschriebenen Verfahren kann durch die Wahl geeigneter Gasgeschwindigkeiten
der auf den 1 orzellankugeln in der Wärmeabsorptionsstufe niedergeschlagene Staub
von den Gasströmen n den Vorerwärmungsstuien aufgenommen werden und den Verbrennungs-
bzw. Verkokungsstufen zugeführt werden, wo die Anwesenheit voll Staub im wesentlichen
unschädlich ist. Auf diese Weise wird das Wärmeaustauschmedium im wesentlichen rein
gehalten, im Gegensatz zu der üblichen Arbeitsweise mit Regeneratoren, bei welcher
das den Wärmeaustausch herbeiführende Ziegelgitterwerk verhältnismäßig leicht durch
Staub verstopft wird.
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Selbstverständlich können die verschiedenartigsten Abwandlungen in
dem beschriebenen Verfahren vorgenommen werden. So kann beispielsweise die in dem
heißen Verkokungsgas enthaltene Wärme mit Hilfe von in granulierter Form vorliegendem
festem inertem Material extrahiert werden, das dann dazu benutzt wird, die der Verbrennungsstufe
zugeführte Luft vorzuwärmen.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren kann auch zur
Wiedergewinnung der Wärme aus heißen verunreinigten Gasen dienen, die aus den verschiedenartigsten,
mit woher Temperatur arbeitenden Öfen stammen.
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P A T E N T A S P R Ü C H E: I. Verfahren zur Regelung der Temperatur
von mit brennbaren Stoffen verunreinigten Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das
verunreinigte Gas bei einer von seiner eigenen verschiedenen Temperatur mit einem
Bett von granuliertem inertem festem Stoff zwecks Abscheidung der Verunreinigungen
auf demselben in Berührung gebracht wird, worauf der granulierte feste Stoff bei
einer geeigneten Temperatur mit einem sauerstoffhaltigen Gas behandelt wird, um
durch Verbrennung die auf ihm abgeschiedenen brennbaren Bestandteile zu entfernen
und den inerten festen Stoff zu erwärmen.