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Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen von bituminösen Stoffen Bituminöse
Brennstoffe, wie Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer od. dgl., können mit Hilfe eines
gasförmigen Heizmittels geschwelt werden, das im Gegenstrom oder Gleichstrom zum
Gut durch den Ofen geführt wird. \fan kann auch gleichzeitig Gleichstromschwelung
z. 13. im oberen Teil des Scli\\-el()f;ns und Gegenstromschwelung in seinem unteren
Teil anwenden. Das Heiz- oder Schwelmittel wird regenerativ oder rekuperativ mittels
Wärmeaustatischern oder durch Zumischen von heißen Gasen auf die für die Schwelung
jeweils verlangte Temperatur gebracht. Vorteilhaft wird es zunächst am heißen Koks
vorgewärmt. Dann werden ihm heiße Gase zugesetzt, die z. 13. in besonderen Brennkammern,
die innerhalb oder außerhalb -des Schwel,-ofens liegen können, erzeugt werden, oder
es wird in einer Brennkammer od. dgl. durch Teilverbrennung auf die jeweils gewünschte
Arbeitstemperatur gebracht. um darauf durch das zu schwelende Gut geleitet zu werden.
Nach Durchgang durch den Schwelofen und die Kondensation wird es zweckmäßig in der
gleichen Weise wieder verwendet. Diese mit Schwelmittelkreislauf arbeitenden Verfahren
haben eine gute Wärmewirtschaft, erfordern indessen eine verhältnismäßig umfangreiche
und im Betrieb nicht ganz einfache Apparatur. Die Schwierigkeiten liegen hauptsächlich
darin, die gesamten am Schwelkoks vorgewärmten Spülgase abzusaugen und die auf Schweltemperatur
erhitzten Spülgase über den ganzen Schachtquerschnitt zu verteilen
sowie
in dem Betrieb der Gebläse bzw. Injektoren und der Kanäle, die für die Gasführung
erforderlich sind, mit staubhaltigen, heißen Gasen.
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Man hat auch schon versucht, das im Schwelofen durch den heißen Koks
emporströmende Schwelmittel gleich in die Schwelzone aufsteigen zu lassen und dadurch
weiter aufzuheizen, daß man heißes Feuergas in den für die Erzeugung der Schweltemperatur
erforderlichen Mengen unterhalb der Schwelzone zugab. Hierbei war indessen eine
ausreichende Mischung von Spülgas und Feuergas nicht zu erzielen, so daß die Schwelung
in bezug auf Leistung und Ausbeuten mangelhaft ausfiel. Dies ist insbesondere darauf
zurückzuführen, daß bei dieser bekannten Arbeitsweise in einzelnen Teilen des Schachtes
das Schwelgut nicht auf die Schweltemperatur aufgeheizt und in anderen Teilen durch
zu heiße Feuergase überhitzt wird. -Weiter ist vorgeschlagen worden, daß kreisende,
gasförmige Heizmittel ebenfalls unten in den Schwelschacht einzuführen, so daß es
durch den Schwelkoks aufsteigt, und innerhalb des Schwel-#kolkses Zuführungen für
Verbrennungsluft vorzusehen, die vorteilhaft möglichst gleichmäßig auf den Ofenquerschnitt
verteilt sind. Durch diese Zuführungen wird so viel Luft in den Ofen geschickt,
daß das gasförmige Heizmittel durch Teilverbrennung die für den Schwelvorgang erforderliche
Wärme und Temperatur erhält. Durch dieses Verfahren wird eine wesentliche Vereinfachung
der Apparatur erreicht. Es hat indessen den Nachteil, daß es vorkommen kann, daß
in der nächsten Umgebung der Zuführungen für das Verbrennungsmittel keine ausreichende
Mischung des Verbrennungsmittels mit dem Schwelmittel eintritt und hier die Verbrennung
zu übermäßig hohen Temperaturen führt. Dann können stellenweise Überhitzungen und
andererseits stellenweise zu niedrige Temperaturen in der Schwelung auftreten.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Sie besteht
darin, daß bei der Schwelung von Brennstoffen mit heißen brennbaren Gasen, die durch
den Brennstoff hindurchgeleitet werden, die Erhitzung der Gase auf die für die Schwelung
verlangte Temperatur in unterhalb der Schwelzone angeordneten und vom Schwelgut
nicht erfüllten Kanälen oder langgestreckten schmalen Kammern od. dgl. durch teilweise
Verbrennung der Gase geschieht. Das Schwelmittel strömt nahezu vollständig auf dem
Wege des geringsten Widerstandes durch die Kanäle, Kamtpern od. dgl., die unten
und oben offen sind, empor in die Schwelzone. Da also praktisch die gesamte Schwelmittelmenge
an den Brennstellen vorbeigeführt wird, muß die Temperatur des Schwelmittels nunmehr
gleichmäßig werden. Sie kann durch entsprechende Bemessung der zugeführten Verbrennungsluft
auch recht genau auf die für die Schwelung gewünschte Höhe eingestellt werden. Auch
die Verteilung des Schwelmittels auf die Schwelzone wird gleichmäßiger.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie für die Verarbeitung
der verschiedensten Brennstoffe gleich gut geeignet ist, und daß der Schweler mit
hoher Durchsatzleistung bei besonders guten Teerausbeuten betrieben werden kann.
Die Schwelung selbst ist dabei nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung beschränkt.
Vielmehr kann sie den Eigenschaften des Brennstoffs jeweils weitgehend angepaßt
werden. Zum Beispiel kann sie einstufig oder auch mehrstufig ausgestaltet und im
Gleichstrom oder im Gegenstrom oder im Gleichstrom und Gegenstrom betrieben werden.
Auch für die Schwelung backender oder in der Hitze erweichender Brennstoffe ist
das neue Verfahren gut geeignet, und es zeigt noch besondere Vorteile in bezug auf
Leistung, Ausbeuten und Wirtschaftlichkeit, wenn an die Schwelung eine weitere Entgasung
oder teilweise oder völlige Vergasung des $rennstoffs angeschlossen wird. Bei Verwendung
von Sauer$toff oder sauerstoffangereicherter Luft für die Verbrennung oder Vergasung
werden durch die Erfindung gute Erfolge in Richtung eines geringen Sauerstoffverbrauchs
und Erzeugung eines hochwertigen Gases erzielt. Das Schwelmittel kann, wie an sich
bekannt, im Kreislauf geführt werden.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung des näheren erläutert.
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In Abb. r bis 13 sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Schwelofens beispielsweise und schematisch im senkrechten Längsschnitt dargestellt.
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a ist die Schwelzone, die unten durch eine an sich bekannte Austragsvorrichtung
abgeschlossen ist, die das im Schwelofen befindliche Gut trägt. Die Austragsvorrichtung
besteht z. B. im wesentlichen aus dem Tisch 41. Im Tisch sind Öffnungen 42 angeordnet,
durch die der Austrag des Gutes mit Hilfe der hin und her bewegbaren Verdränger
43 in einen darunterliegenden Bunker 44 erfolgt. Über den Öff-
nungen 42 sind
Dächer 45 vorgesehen, um den freien Fall des Gutes durch die Öffnungen zu verhindern.
Die Menge des ausgetragenen Gutes kann durch entsprechende Änderungen der Bewegung
der Verdränger 43 geregelt werden.
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In der Schwelzone befinden sich in geeignetem Abstand von dem Tisch
41 Zuführungen 2 für Verbrennungsluft od. dgl., z. B. in Form von Rohren oder anderen
Hohlkörpern, die mit Schlitzen oder in gleichmäßigen kurzen Abständen mit Bohrungen
versehen sind. Vorteilhaft sind die Rohre od. dgl. von Wassermänteln 3 umgeben,
die natürlich die Schlitze oder Bohrungen frei lassen. Durch die Kühlung wird eine
sichere Gewähr gegen überhitzungen der Rohre od. dgl. 2 geschaffen, und es wird
möglich, diese als Tragorgane für die aus feuerfesten Baustoffen, z. B. Schamottesteinen,
aufgebauten Wände 7 der Kanäle 9 zu verwenden. Um die Wärmeverluste durch das Kühlwasser
in den Rohren od. dgl. 3 möglichst niedrig zu halten, können diese ganz oder teilweise
außen isoliert, z. B. mit keramischen Baustoffen, abgedeckt oder umkleidet sein.
Gegebenenfalls können die Rohre od. dgl. 3 als Dampferzeuger ausgebildet sein. Beispielsweise
kann darin Wasserdampf von 3 bis 2o atü oder mehr entwickelt werden. Die Gaskanäle
9 sind möglichst ;gleichmäßig auf den Querschnitt
der Schwelzone
verteilt. Sie sind oben offen, und es sind über den Öffnungen Dächer od. dgl. 8
vorgesehen, so daß geschweltes Gut nicht in die Kanäle eindringen kann, und die
Gase unter dem Dach sich sehr zweckmäßig nach beiden Seiten in das Gut im Schwelofen
in der besonders vorteilhaften Art des kombinierten Quer- und Gegenstromes verteilen
können. Aus dem Schwelofen können die Gase durch die Kanäle 5 abgeleitet werden.
,4 sind die Einläufe, durch die das zu schwelende Gut in den Schwelofen gelangen
kann.
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Das Schwelmittel, z. B. im Kreislauf geführtes Schwelgas, wird unter
den Austragtisch .li geleitet. Es gelangt durch die Öffnungen 42 und das über dem
Tisch .I1 befindliche geschwelte heiße Gut vorgewärmt in die Schwelzone, in der
es auf dem Wege des geringsten Widerstandes durch die Gaskanäle 9 empor in das Schwelgut
strömt. ;Durch die Rohre 2 (Abb. i) tritt ein Oxydationsmittel, z. B. Luft oder
Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft, in die Kanäle g. Es trifft hier auf
das emporströmende Schwelmittel und verteilt sich gut auf den Schwelmittelstrom,
so daß eine sehr gleichmäßige geordnete Verbrennung oder teilweise Verbrennung und
Aufheizung des Schwelmittels erreicht wird. Demgemäß verläuft auch die Schwelung
in allen Teilen des Ofens schnell und gleichmäßig, und es kann mit besonderem Vorteil
auch feinkörniges Gut verschwelt werden. Selbst Schwelgut von -ungleichmäßiger Körnung
kann verarbeitet werden, da ein Ausgleich in der Schwelung durch das neue Verfahren
gewissermaßen selbsttätig eintritt. Ist nämlich infolge von Feinkornanhäufungen
die Durchlässigkeit für das Schwelgas über einigen Kanälen 9 geringer, so steigen
in diesen Kanälen die Temperaturen des Schwelmittels, da ja jetzt geringere Gasmengen
aufzuheizen sind, die Menge des zugeführten Verbrennungsmittels und die Menge des
Schwelmittels, die verbrannt wird, jedoch die gleichen bleiben. Das Gut über diesen
Kanälen wird zwar mit geringeren Schwelmittelmengen, aber mit einem heißeren Schwelmittel
behandelt, so daß die Wirkung praktisch dieselbe bleibt.
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Der \1"ärmeaufw-and für das neue Verfahren ist geringer als bei bekannten
Verfahren, da die Wärmeverluste wesentlich niedriger sind. Weitere Vorteile liegen
darin, daß infolge des geringeren Verbrauchs an Verbrennungsmitteln das Schwelgas
heizkräftiger und, insbesondere bei Verbrennung mit Sauerstoff, die Kosten des Verfahrens
geringer werden.
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Soll mit einer sehr niedrigen Schweltemperatur gearbeitet werden,
so daß die Zündung und Verbrennung der Gase in den Gaskanälen 9 nicht immer sichergestellt
sind, so können in die Gaskanäle noch Trennwände eingebaut werden, die nur einen
Teil des Schwelmittels an den Rohren od. dgl. 2 vorbeistreichen lassen. Hierdurch
wird eine höhere Verbrennungstemperatur erzielt und eine stetige Zündung an den
heißen Schamottewänden in der Umgebung der Rohre 2 sichergestellt. Der Abstand der
Kanäle voneinander kann zwecks weiterer Verbesserung der Schwelgasverteilurng verhältnismäßig
gering gehalten werden. Beispielsweise wird die lichte Weite 6 zwischen zwei benachbarten
Kanälen auf Zoo bis 5oo, zweckmäßig etwa 300 mm, bemessen. Bei diesen Abmessungen
kann, wie gefunden wurde, das geschwelte Gut, vorausgesetzt, daß es in geeigneter
Korn- oder Stückgröße angewendet wird, durch den Schweler abwärts wandern, ohne
daß Brückenbildung und ähnliche Störungen zu befürchten sind.
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Durch die Erfindung wird es ferner möglich, die Höhen der Kokskühlzone
und der Schwelzone veränderlich zu machen. Die einfache Bauart der Gaskanäle gestattet
es nämlich, die Kanäle in ihrer Höhenlage veränderlich auszubilden, und es kann
durch entsprechende Höhenlage der Kanäle in einer hohen Schwelzone eine schonende
langsame oder in einer kürzeren Schwelzone eine schnelle Schwelung durchgeführt
bzw. heißer oder kalter Koks ausgetragen und ferner berücksichtigt werden, ob die
Koksausbeute groß oder klein ist.
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Das neue Verfahren kann gewünschtenfalls auch so durchgeführt werden,
daß es mit verhältnismäßig niedriger Schweltemperatur arbeitet und trotzdem das
geschwelte Gut weitgehend entgast wird. Das gelingt dadurch, daß in den von geschweltem
Gut erfüllten Räumen io zwischen den Gaskanälen eine Nachentgasung, z. B. durch
teilweise Verbrennung oder Vergasung des Gutes, durchgeführt wird. Beispielsweise
werden Zuführungen 12 für Luft, Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft oder
Mischungen dieser Stoffe mit Wasserdampf und bzw. oder Kohlendioxyd vorgesehen,
die wie die Zuführungen 2 ausgebildet sein und ebenfalls als Tragorgane für die
Wände, der Gaskanäle 9 dienen können. Durch die Reaktion' mit dem zugeführten Oxydationsmittel
wird das geschwelte Gut in den Räumen io höher erhitzt, vergast und entgast. Die
Verbrennungs-, Vergasungs- oder Entgasungsgase können vorteilhaft getrennt von den
Schwelgasen durch besondere Kanäle i i, oder auch mit den Schwelgasen gemischt,
aus dem Schwelofen abgezogen werden.
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Ein weiterer Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß durch
die Oxydationsvorgänge in den Räumen io das geschwelte Gut mit höherer Temperatur
in die Kühlzone gelangt. Dadurch wird das Schwelmittel höher vorgewärmt, und es
ist ein geringerer Aufwand an Verlbrennungsmitteln in den Kanälen 9 erforderlich.
Außerdem wird weniger Gas verbrannt.
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Diese Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Nachentgasung und
Vergasung des geschwelten Gutes mit der bei niedrigerer oder höherer Temperatur
durchgeführten Schwelung verbunden werden, ist in besonderem Maße für die Verarbeitung
aschenreicher Brennstoffe, wie Ölschiefer, Waschberge, Mittelprodukte -der Kohlenaufbereitung,
Stein- oder Braunkohlen mit sehr hohem Aschengehalt od. dgl., geeignet. Derartige
Brennstoffe, die oft nur Kohlenstoffgehalte von io .bis 30010, manchmal sogar
nur von 3 bis ioo/o, haben, lassen sich
nach bekannten Verfahren
nur mit großen Schwierigkeiten verarbeiten. Dies hängt offenbar damit zusammen,
daß für die Vergasung Luft- bzw. Gasmengen notwendig sind, die im Verhältnis zur
Brennstoff- bzw. Aschenmenge gering sind. Dadurch entstanden bei den bekannten Verfahren
die besten Bedingungen einerseits für die Vorwärmung des Vergasungsmittels am glühenden
Brennstoffrückstand, andererseits für -die Vorwärmung des zu vergasenden Gutes durch
die sehr heißen Abgase. Die Folge davon waren sehr hohe Temperaturen in der Vergasungszone,
so daß die Gefahr bestand, daß die Asche sinterte oder schmolz. Dieser Übelstand
konnte nur durch hohe Zusätze von Wasserdampf oder brennbaren oder inerten Gasen,
insbesondere Kreislaufgas, zum Vergasungsmittel gemildert werden, was aber die Vergasung
unwirtschaftlich machte und durch die eintretenden Wärmeverluste zu Gasen mit geringem
Heizwert führte.
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Im Verfahren gemäß der Erfindung wird in der Zone io die eigentliche
Vergasungszone so kurz gehalten, z. B. durch entsprechende Bemessung des Abstandes
zwischen den Zuführungen 12 und den Ableitungen i i, daß keine Vorwärmung des Vergasungsmittels
am glühenden Vergasungsrückstand und keine Aufheizung des Brennstoffs durch das
Vergasungsgas auftreten können. Dies wird durch die teilweise Querstromführung .der
Gase unterstützt. Hierdurch liegen die Vergasungstemperaturen zwangsläufig niedrig
in sicher beherrschter Höhe, so daß kein Schmelzen oder Zusammensintern der heißen
Asche eintreten kann.
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Durch das zwangsläufig sehr gleichmäßig verteilte Vergasungsmittel
wird der Brennstoff in allen Teilen vollständig vergast und weitgehend vom Kohlenstoff
befreit. Dies ist besonders wichtig bei kalkreichen Brennstoffen, wie z. B. gewissen
01-schiefern, deren Rückstand sich gut als Mörtelbinder eignet, wenn er frei von
Kohlenstoff und Sinterungen ist.
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Auch Brennstoffe mit geringerem Aschengehalt können nach dem neuen
Verfahren in der Weise behandelt werden, daß nach der Schwelung eine weitgehende
oder völlige Vergasung des geschwelten Gutes vorgenommen wird. Beispielsweise werden
dann nach Abb. 2 über der Austragsvorrichtung Zuführungen 14 für ein Vergasungsmittel
und in geeignetem Abstand über diesen Zuführungen Gasabzüge 13 angeordnet. Dadurch
entsteht die Zone 16, in der das geschwelte Gut in bekannter Weise vergast werden
kann. Ferner sind Zuführungen 17 für das zweckmäßig im Kreislauf geführte Schwelmittel
vorgesehen, die in der gleichen Weise wie die Rohre od. dgl. 2 oder 12 ausgebildet
sein können. Von den Zuführungen 17 strömt das Schwelmittel kalt oder bereits vorgewärmt
durch das heiße geschwelte Gut der Zone 48 und nimmt hier vom Gut Wärme auf. Es
gelangt in die Kanäle 9, in denen es .durch Teilverbrennung auf die für seine Verwendung
in der Schwelzone a erforderliche Temperatur gebracht wird. Die Entgasungszone to
kann beibehalten werden oder auch fortfallen, oder nach Bedarf eingesetzt und außer
Betrieb genommen werden.
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Wenn kohlenstoffreiche oder auch kohlenstoffarme Brennstoffe mit hoher
Durchsatzleistung geschwelt und vergast werden sollen, kann der Vergasungszone 16
noch eine Gleichstromvergasung 15 vorgeschaltet werden. Das kann z. B. nach Abb.
3 in der Weise geschehen, daß die Zuführungen 17 für das Schwelmittel in geeigneter
Höhe über die Gasabführungen 13 gelegt, und zwischen 17 und 13 weitere Zuführungen
19 für ein Vergasungsmittel eingebaut werden. Die Schwelung kann in der gleichen
Weise, wie oben beschrieben, betrieben werden, während das Vergasungsmittel aus
den Zuführungen i9 durch die Zone 15 in Richtung zu den Abführungen 13 abwärts strömt,
durch die das in der Zone 16 erzeugte Gas zusammen mit dem in der Zone 15 gewonnenen
die Schwel- und Vergasungsvorrichtung verläßt.
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Die erfindungsgemäße Schwelung und Vergasung läßt sich besonders vorteilhaft
unter Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft mit Zusätzen
von Wasserdampf und bzw. oder Kohlendioxyd als Vergasungsmittel, insbesondere in
den Zonen 16 oder 15 und 16, durchführen, weil nach dem neuen Schwelverfahren ein
sehr reaktionsfähiges, geschweltes Gut entsteht, das sich mit hoher Leistung und
geringem Sauerstoff- und Wasserdampfverbrauch vergasen läßt. Hierbei ist es oft
im Interesse einer weiteren Sauerstoffersparnis vorteilhaft, das zu vergasende geschwelte
Gut nicht vor der Vergasung, z. B. durch Hindurchleiten des aufzuwärmenden Schwelmittels,
abkühlen zu lassen. Auch dieser Forderung kann das erfindungsgemäße Verfahren Rechnung
tragen. Eine entsprechende Ausführungsform ist aus Abb. .4 ersichtlich. Für die
Vergasung können ebenfalls eine oder zwei Zonen, z. B. die Gegenstromzone 16 und
die Gleichstromzone 15, vorgesehen sein, die durch die Einbauten 13 und 14 und die
Zuführungen 2 für das Vergasungsmittel der Gleichstromzone gebildet werden. Doch
sind die Gaskanäle 9 für die Einführung des Schwelmittels in die Schwelzone unten
z. B. durch Platten 20 geschlossen, und es tritt das Schwelmittel kalt oder vorgewärmt
in die Abteilungen 21 der Kanäle 9 ein. Durch Teilverbrennung mit Luft, die durch
die gelochten Rohre od. d-1. 22 angeliefert wird, wird es auf Schweltemperatur gebracht,
um dann in die Schwelzone verteilt zu werden. Soll mit stickstofffreiem Schwelmittel
gearbeitet werden und sollen stickstofffreie Schwelgase gewonnen werden, so kann
die Teilverbrennung auch mit Sauerstoff geschehen. Eine gegebenenfalls stattfindende
Vorwärmung des Schwelmittels außerhalb des Schwelers känn zweckmäßig z. B. rekuperativ
oder regenerativ unter Verwendung des heißen Vergasungsgases als Heizmittel durchgeführt
werden. Diese Arbeitsweise hat den weiteren Vorteil, daß im Schweler die Schwelgase
und die Vergasungsgase besonders sorgfältig getrennt gehalten werden, was sich z.
B. empfiehlt, wenn in der Schwelzone mit Luft als Verbrennungsmittel und in der
Vergasungszone mit Sauerstoff als Vergasungsmittel gearbeitet
wird.
1n der Abb.4 sind zwei verschiedene Ausbildungen der Zuführungen 22 für das Verbrennungsmittel
dargestellt.
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Werden in der Schwelung stickstofffreie Gase gewonnen und will man
diese für denselben Zweck wie das durch Vergasung erzeugte Gas, z. B. als Synthesegas,
verwerten, so können die Kohlenwasserstoffe, die in den aus der Kondensation kommenden
Schwelgasen enthalten sind, im Verfahren selbst in Kohlenoxyd und Wasserstoff gespalten
werden, z. B. wird der in der Schwelung anfallende Gasüberschuß durch die Vergasung
geleitet, etwa derart, daß die zweckmäßig vorgewärmten Gase durch besondere Kanäle
23 in die Gleichstromstufe 15 der Vergasung eingeführt werden. Die Schwelgase verbrennen
hier mit dem Vergasungsmittel, und es werden die Verbrennungsprodukte am glühenden
Koks reduziert, so daß das erblasene Gas die Vergasung mit geringen Gehalten an
Kohlenwasserstoffen verläßt.
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Bei Verwendung von Sauerstoff als Vergasungsmittel kommt man bekanntlich
dadurch zu wesentlichen Ersparnissen an Sauerstoff, daß man das Vergasungsmittel
möglichst hoch vorwärmt. Um nun die vorgewärmten sauerstoffenthaltenden Verbrennungs-
oder Vergasungsmittel in den für das neue Verfahren benutzten Verteileinrichtungen
anwenden und diese gegebenenfalls gleichzeitig als Tragorgan für Konstruktionsteile
benutzen zu können, werden die Verteileinrichtungen erfindungsgemäß vorteilhaft,
wie aus Abb. 5 ersichtlich, ausgebildet. Das Rohr 51, das die Zuführungs- und Verteilleitung
für das z. B. auf 5oo° C erwärmte Vergasungsmittel darstellt, ist von dem Rohr 52
umgeben. Zwischen beiden Röhren ist eine wärmedämmende Masse 53, z. B. Kieselgur,
angeordnet. Das Rohr 52 ist von dem Rohr 54 umfaßt und es dient der Ringraum 55
zwischen den beiden Rohren 52 und 54 als Wasserkühlung. Das durch den Ringraum strömende
Wasser wird darin erwärmt oder verdampft, wodurch das Rohrsystem gegen die hohen
Temperaturen der Vergasungszone geschützt wird. Durch Rohrstutzen 56 kann das Vergasungsmittel
aus dem Rohr 51 austreten.
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Brennstoffe, die zunächst mit niedriger Temperatur geschwelt werden
und doch im Koks einen niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen aufweisen sollen,
können statt durch Nachentgasung in der Zone io, durch zweistufige Schwelung auf
die gewünschte Qualität gebracht werden. Die zweistufige Schwelung ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn an die Beschaffenheit des Kokses besondere Ansprüche gestellt
werden, so daß die Einwirkung des Vergasungsmittels auf den Koks in der Zone io
bereits schädigend wirken kann. Das zweistufige Schwelen im Gegenstrom ist ferner
bei empfindlichen Kohlen vorteilhaft, die bei zu schneller Erwärmung zerfallen und
kleinstückigen Koks liefern würden.
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Wie aus .Ab1@.6beispielsweise ersichtlich, kann die zweistufige Schwelung
so ausgebildet sein, daß das Schwelmittel für beide Stufen zunächst zwecks Vorwärmung
durch das heiße geschwelte Gut geführt wird und daß erst darauf seine Verteilung
auf die beiden Stufen erfolgt. Die Zone für die Vorwärmung des Schwelmittels und
die Kühlung des geschwelten Gutes sowie die erste Schwelstufe können dabei z. B.,
wie in Abb. i dargestellt, ausgebildet sein. An die Wände der Gaskanäle 9 der ersten
Schwelstufe schließen sich nach unten zu die z. 13. aus Schamotte oder anderen feuerfesten
Baustoffen gefertigten Wände 28 und nach beiden Seiten die Schürzen 3o an, die ebenso
wie die seitlich und unterhalb der Wände 28 liegenden Schürzen 31 aus den gleichen
Baustoffen bestehen können. Zuführungen 29 für Luft oder andere Verbrennungsmittel,
die wie die Rohre od. dgl. 2, 3 ausgebildet sein können, befinden sich an der Unterkante
der Wände 28 und können gleichzeitig als Tragorgane für diese Wände dienen. Auch
die Schürzen 30 und 31 können von wassergekühlten Rohren od. dgl. getragen
werden.
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Das Schwelmittel gelangt aus der Kokskühlzone 6o vorgewärmt in die
breiten Gaskanäle 61, die von den Schürzen 31 begrenzt werden. An der Unterkante
der Wände 28 teilt es sich auf. Der eine Teil gelangt an den Rohren 29 vorbei zwischen
den Wänden 28 und 31 und unter den Schürzen 3o hindurch in die zweite Schwelstufe,
wobei diese Teilströme ,durch teilweise Verbrennung mit Luft od. dgl. auf die verlangte
Temperatur von beispielsweise goo° C aufgeheizt werden und die Schwelgase aus der
zweiten Stufe durch Kanäle 33 zur Kondensation abgesaugt werden. Der andere Teil
strömt zwischen den Wänden 28 und durch die Kanäle 9 aufwärts, erhält aus den Rohren
2 einen Zusatz von Luft od. dgl. in solchen Mengen, daß er durch Teilverbrennung
z. B. auf eine Temperatur von 45o° C gebracht wird, und bewirkt dann die Schwelung
in der ersten Stufe. Die Schwelgase der ersten Stufe werden .getrennt von denen
der zweiten abgezogen, können aber mit diesen zusammen in derselben Kondensationsanlage
behandelt werden. Will man die Flüssigkeitsprodukte :beider Schwelstufen :getrennt
voneinander gewinnen, so sind natürlich getrennte Kondensationen notwendig.
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Die zweistufige Gegenstromschwelung läßt sich, wie es in Abb. 7 schematisch
und :beispielweise dargestellt ist, auch derart abwandeln, daß das Schwelmittel
beide Stufen hintereinander durchströmt. Das Schwelmittel durchstreicht zunächst
die Vorwärmzone 34, gelangt in die Gaskanäle od. dgl. 35, in denen es nach Zugabe
von Luft, Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft aus den Zuführungen 59 durch
teilweise Verbrennung auf eine Temperatur von z. B. 9oo° C erhitzt wird. Es bewirkt
dann die Schwelung in der Zone 36. Die Schwelgase treten aus dieser Zone in die
Gaskanäle 9, in denen sie entsprechend den jeweiligen Arbeitsbedingungen entweder
durch Luftzugabe aus den Rohren od. dgl. 2 und teilweise Verbrennung aufgeheizt
oder durch Zumischung von kalten Gasen, Wasserdampf od. dgl. oder durch Zumischen
von Wasser, das in den Schwelgasen verdampft, gekühlt werden, um .dann, gegebenenfalls
auch ohne Änderung ihrer Temperatur in den Kanälen 9, als Schwelmittel in
der
ersten Schwelstufe zu dienen. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil
des geringsten Aufwandes an Schwelmittel für die beiden Schwelstufen.
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Die Gase beider Schwelstufen können im Verfahren gemäß der Erfindung
auch besonders sorgfältig getrennt voneinander gehalten werden. Dies gelingt z.
B. nach dem in Abb. 8 dargestellten Schema, in dem die beiden Schwelstufen ebenfalls
übereinander angeordnet sind. Die untere Sehwelzone 36 dieser beiden Schwelstufen
ist in gleicher Weise wie die zweite Schwelstufe in Abb.7 ausgebildet. Nach Durchgang
des Schwelmittels durch die Schwelzone 36 treten jedoch die Gase nach Abb. 8 nicht
in die obere Schwelstufe über, sondern sie werden durch die Absaugekanäle 33 zur
Kondensation geführt. Durch die Verteilerrohre od. dgl. 37 wird das Schwelmittel
der ersten Schwelzone eingeleitet. Es durchströmt die Zone 38 und wird dadurch vorgewärmt.
In den Gaskanälen 9 ,erfolgt darauf aus den Zuführungen 2 die Zugabe von Verbrennungsluft
od.,dgl. zu dem vorgewärmten Schwelmittel für die erste Stufe und eine, teilweise
Verbrennung des Schwelmittels, die seine Temperatur z. B. auf 450' C bringt. Mit
dieser Temperatur gelangt es in die erste Schwelstufe. Die Gase aus dieser Stufe
werden einer besonderen Kondensation zugeführt.
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Es ist indessen nicht unbedingt notwendig, bei zweistufiger Schwelung
'beide Stufen im Gegenstrom arbeiten zu lassen. Auch für die Durchführung der Schwelung
in einer ersten Stufe im Gleichstrom und in einer zweiten im Gegenstrom von Gut
und Gasen ist die Erfindung geeignet. Diese an sich bekannte Arbeitsweise ist z.
B. vorteilhaft bei Brennstoffen, die beim Erhitzen plastisch werden, z. B. bei bestimmten
Temperaturen erweichen und sich beim weiteren Erhitzen wieder verfestigen. Hierzu
rechnen 'beispielsweise gewisse backende oder schwach backende Steinkohlen, mit
Pech oder ähnlichen Bindemitteln hergestellte Briketts, ölschiefer, Asphaltgesteine
od. dgl. In Verbindung mit der Erfindung kann diese zweistufige Schwelung nach dem
in Abb. 9 dargestellten Beispiel so entwickelt werden, daß zwischen den Einläufen
4 des Schwelers Zuführungen 24 für das zweckmäßig vorgewärmte Schwelmittel und 25
für Verbrennungsluft od. dgl. und darunter Absaugekanäle 26 eingebaut sind. Durch
teilweise Verbrennung in dem Raum unter den Zuführungen 24 und 25 wird das Schwelmittel
etwa auf Temperaturen zwischen 500 und 8oo° C erhitzt. Die heißen Gase wirken
auf die in der Gleichstromschwel,stufe 27 befindlichen Brennstoffteile so ein, daß
diese an ihrer Oberfläche erweichen und schnell wieder erhärten, so daß kein Plastischwerden
des gesamten Brennstoffstückes und kein Aneinanderbackenmehrerer Brennstoffstücke
eintreten können. Die Gleichstromstufe 27 ist vorteilhaft nur kurz, damit das Gewicht
der aufeinanderliegenden Brennstoffstücke nicht groß ist. Der Brennstoff braucht
in der ersten Stufe nur oberflächlich geschwelt zu werden, und es kann die hauptsächliche
Schwelung in der Gegenstromstufe erfolgen, in der die Brennstoffstücke nach der
Oberflächlichen Erhärtung in der ersten Schwelstufe nicht mehr deformiert werden
und auch nicht zusammenbacken können.
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Für die Gleichstromstufe und die Gegenstromstufe können die gleichen
Absaugekanäle 26 benutzt werden, so daß die Schwelgase beider Stufen miteinander
gemischt der gemeinsamen Kondensation zuströmen. Sollen die Gase beider Stufen getrennt
gehalten werden, so kann eine weitere Reihe von Absaugekanälen vorgesehen werden.
Die abgesaugten Gasmengen werden dann so eingestellt, daß. zwischen den beiden Absaugekanalreihen
die Gasströmung möglichst unterbunden ist. Diese zweite Schwelstufe kann im übrigen,
wie in Abb. i dargestellt, ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Aufheizung und Verteilung des Schwelmittels in
beiden Stufen gewährleistet auch bei schwierigen, in der Hitze erweichenden Stoffen
eine gleichmäßige und störungsfreie Schwelung, an die sich gegebenenfalls auch noch
eine teilweise oder weitgehende Vergasung etwa nach dem Beispiel der in Abb.2, 3
und 4 schematisierten Ausführungsformen anschließen kann.
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Indessen kann es sich bei der Verarbeitung in der Hitze erweichender
Brennstoffe, z. B. backender Steinkohlen, in vielen Fällen empfehlen, die innere
Ausgestaltung des Schwelers der Natur des Brennstoffes in geeigneter Weise anzupassen.
:Ulan kann sogar oft schon mit einer Schwelstufe auskommen und auf die oben beschriebene
Gleichstromstufe verzichten, wenn die Schwelung in einem Schacht durchgeführt wird,
der keine den Weg des Schwelgutes einengende Vorsprünge oder Dächer aufweist, an
denen Brückenbildungen entstehen könnten, und der sich zweckmäßig nach unten stetig
erweitert. Eine derartige Vorrichtung, die man sich auch als aus der nach Abb. i
entwickelt vorstellen kann, zeigt beispielsweise die Abb. io. Der Oberteil des Schwelers,
die Austragsvorrichtung und die Schwelmittelzuführungen 2 und 3 können die gleichen
wie in A@b(b. i sein. Die Gaskanäle 9 werden jedoch nicht nach unten sich erweiternd,
sondern nach unten leicht verjüngt gebaut. Ferner werden die Hauben 8 so weit an
die Einläufe 4, durch die das zu schwelende Gut z. B. aus einem Trockner ankommt,
heraufgeführt, daß die Kohle gerade noch störungsfrei zwischen den Hauben 8 und
den Einläufen 4 hindurchrutschen kann. Die Hauben 8 sind oben etwas breiter als
unten. Diese Änderungen reichen bereits aus, um backende Kohlen od. dgl. in stetigem
Betriebe nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu verarbeiten.
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Vorteilhaft werden die Schächte für das Schwelgut in der Schwelzone
nicht zu breit ausgeführt, z. B. nicht über 300 mm, um einmal eine ausreichende
Gassperre unterhalb der Schwelzone zu erreichen und zum andern keine zu ,starken
Kokskuchen zu bekommen. Ist das Zusammenrücken der Gaskanäle 9 auf den lichten Abstand
von z. B. 25o mm nicht erwünscht, so wird mit Vorteil eine glatte Wand 39, z. B.
aus gemauerten Schamottesteinen, zwischen den Gaskanälen vom Koksaustrag
bis
zum Spülgasabzug hinauf aufgerichtet. Diese Wand kann vollkommen parallel oder leicht
nach unten verjüngt ausgeführt werden.
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Die Vbergänge von der Schwelung in die Kokskühlung und die Schwelmittelvorwärmung
erhalten in dieser Ausführungsform der Erfindung eine erhebliche Breite, so daß
auch größere Koksstücke auseinanderbrechen und ausgetragen werden können. Gegegebenenfalls
können Brechwalzen am Koksaustrag angeordnet werden.
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Auch eine Nachentgasung kann, wie Abb. i i zeigt, bei der erfindungsgemäßen
Verarbeitung backender Kohlen od. dgl. Anwendung finden. An den `Fänden 7 der Kanäle
9 werden dann Zuführungen 12 für ein Verbrennungs- oder -\'ergasungsmittel vorgesehen
und Gasabzüge 1i zweckmäßig in den zwischen den Gaskanälen 9 errichteten Wänden
39 untergebracht. Durch die Oxydationsvorgänge in der Zone io wird das geschwelte
Gut entgast und weiter erhitzt, so daß das Schwelmittel, das durch das heiße geschwelte
Gut von den Zuführungen 37 aus aufwärts steigt, in dem von den Wänden 39 und 40
begrenzten Raum 38 gut vorgewärmt wird und die Zufuhr von Verbrennungsluft durch
die Rohre 2 gering sein kann.
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Bei der Verschwelung von backenden Steinkohlen od. dgl. kann ein Koks
anfallen, der porös, schaumig, leicht zerreiblich und voluminös ist, so daß er für
den Transport und für viele Verwendungszwecke wenig geeignet ist. Dieser Koks kann
aber mit Vorteil im unmittelbaren Anschluß an die erfindungsgemäße Schwelung vergast
werden, durch die er eine hohe Reaktionsfähigkeit erhalten hat. Auch kann infolge
der Aufteilung des Ofens in Zellen kleinen Querschnittes der Koks, selbst wenn er
in unterschiedlicher kleiner Körnung vorliegt, einwandfrei vergast werden. Ein weiterer
Vorteil liegt darin, daß kein Transport des Kokses nötig ist. Für die Schwelung
und Vergasung sind beispielsweise die in Abh. 12 und 13 dargestellten Einrichtungen
geeignet. Die erste ist dem Prinzip der Abb. 3, die zweite dem der Abb. 4 nachgebildet.
In Abb. 12 ist 61 eine Gleichstrom- und 62 eine Gegenstromvergasungszone, die die
gemeinsamen Gasabführungen 63 haben. Das Vergasungsmittel der Zone 61 strömt von
den Zuführungen 64 und 65 abwärts, das der Zone 62 von den Kanälen 66 aufwärts.
Durch die Vergasung wird der Koks schnell aufgezehrt, so daß er bald nach Eintritt
in die Gleichstromvergasung bröcklig wird und nicht mehr zur Brückenbildung neigt.
Es können darum die Gasabsaugekanäle 63 unbedenklich in Dachform angewendet werden.
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Will man auf die Vorwärmung des Schwelmittels am heißen Koks nicht
verzichten, so läßt sich dies (Abb. 12) ohne Änderungen der -Vergasungszonen 61
und 62 dadurch erzielen, daß die Zuführungen 67 für das Schwelmittel unter den in
diesem Falle unten offenen Gaskanälen 9, z. B. in die Wände 39, gelegt und Einbauten
70 unter den Gaskanälen 9 vorgesehen werden. wodurch die Kokskühlzone 71
entsteht.
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Eine weitere Sicherung gegen Störungen beim Niedergehen des geschwelten
Gutes läßt sich dadureh schaffen, daß die backenden Kohlen mit hohem Aschengehalt
angewendet werden. Beispielsweise wird unreine, nicht aufbereitete Kohle verarbeitet,
auch können der Kohle noch unverbrennliche Stoffe, z. B. in Form von Aschen, Bergen,
Schiefer od. dgl., oder auch Koks zugesetzt werden. Dadurch wird das Zusammenbacken
erheblich abgeschwächt. Alle Gaszuführungen oder -kanäle des Schwelvergasers können
wie die Rohre 2, 3 (Abb. i) ausgebildet sein und als Tragorgane für die Schachteinbauten
dienen. Eine noch schärfere Trennung zwischen Schwelung und Vergasung in bezug auf
die Gasführung gestattet die Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 13. Die Teilverbrennung
des kalt oder vorgewärmt durch die Leitungen 67 ankommenden Schwelmittels findet
in den Kanälen 9 statt, in -die das Verbrennungsmittel aus den Zuführungen 68 eintritt.
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Das aus den unten geschlossenen Kanälen (Abb. 13) durch die Schlitze
69 austretende Schwelmittel wird völlig getrennt von den Vergasungsgasen gehalten,
was häufig bei der Erzeugung von Synthesegasen durch Vergasung des geschwelten Gutes
in den Zonen 61 und 62 mittels Sauerstoff und Wasserdampf von Wichtigkeit ist. In
der Abb. 13 sind zwei verschiedene Ausbildungen der Zuführungen 67 und 68 für das
Schwelmittel und das Verbrennungsmittel dargestellt.
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Die erfindungsgemäßen Einrichtungen,@die i@m Zusammenhang mit den
Abb. 2, 3 und 4 beschrieben sind, haben noch den Vorteil, daß sie mit oder ohne
weitgehende Vergasung des geschwelten Gutes betrieben werden können. Die beiden
Vergasungsstufen lassen sich nämlich auch für die Vorwärmung des Schwelmittels am
Koks verwenden, wobei eine gute Vorwärmung des Schwelmittels und auch eine gute
Kühlung des Kokses erreicht werden. Die Einführung eines Vergasungsmittels entfällt,
und es kann das Schwelmittel unterhalb des Austragtisches oder durch die Kanäle
14 und gegebenenfalls i9 oder an zwei oder mehreren Stellen eingeleitet werden.
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Will man, insbesondere wenn die Menge des geschwelten Gutes im Verhältnis
zur Menge des eingesetzten Brennstoffes größer ist, z. B. bei hoher prozentualer
Koksausbeute, eine sehr weitgehende Kühlung des geschwelten Kokses erzielen oder
z. B. bei einem verhältnismäßig geringen Schwelmittelbedarf sicher sein, daß das
geschwelte Gut nach dem Austrag aus dem Ofen sich nicht entzündet, so ist es zweckmäßig,
die in der Kokskühlung angewendete Kühlgasmenge zu erhöhen. Der für die Schwelung
nicht benötigte Gasüberschuß kann z. B. durch die Gasabzugskanäle 13 abgeleitet,
gekühlt und gegebenenfalls erneut als Kokskühlmittel verwendet werden. Dabei kann
die Kühlung .des aus der Kokskühlzone abgeleiteten Gases in der für die Kühlung
der Gase der Vergasungszonen vorgesehenen Apparatur erfolgen.
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Man kann vorteilhaft so arbeiten, daß die aus der Kokskühlung abgezogenen
Gase lediglich die Gegenstromvergasungsstufe 16 und die für die Schwelung verwendeten
Gase außerdem die Zone 15 durchströmen,
was zu einer erheblich stärkeren
Vorwärmung der letzten Gase führt.