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Verfahren und Vorrichtung zum Schwelen fester Brennstoffe Ein großer
Nachteil ,des bekannten und vielfach angewendeten Spülgasschwelens fester Brennstoffe
mit direktem Aufheizen der Spülgase durch Verbrennungsgase besteht darin, daß die
bei diesem Verfahren anfallenden Schwelgase durch die Verbrennungsprodukte Kohlensäure
und Stickstoff stark verdünnt werden. Die Schwelgase erhalten hierdurch den Charakter
von Schwachgasen und werden häufig nur bei schlechter Bewertung unter Dampfkesseln
verbrannt, da in Schwelwerken meistens keine bessere Verwendungsmöglichkeit mit
höherem Erlös geben ist.
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Zwecks Erzeugung von Starkgas bei dem Spülgasschwelen ist bereits
vorgeschlagen worden, in die heiße Kokszone des Spülgasschwelofens Sauerstoff mit
Wasserdampf einzuleiten und die hierbei entstehenden Vergasungsgase als Spülgas
für das Schwelen zu verwenden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil,- d.aß durch
die Vergasung von Kohlenstoff der Koks angegriffen wird, das Koksgefüge sich lockert
und der Aschengehalt des Kokses ansteigt, so daß durch die Minderbewertung des Kokses
die Vorteile der Erzeugung von Starkgas aufgehoben werden und das Verfahren unwirtschaftlich
wird. Auch senkt das erzeugte Wassergas den Heizwert des Starkgases.
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Nach einem weiteren Vorschlag erfolgt das Schwelen dadurch, daß die
Verbrennungsprodukte
eines Gases oder eines flüssigen Brennstoffes
mit Sauerstoff :direkt zum Schwelen des Brennstoffs benutzt werden. Dieses Verfahren
benötigt aber einen erheblichen Aufwand an Sauerstoff, da es die Kokswärme nicht
für den Schwelprozeß, sondern höchstens zur Wassergaserzeugurng ausnutzt und die
Temperaturregelung der Verbrennung allein durch Einführen von Wasser oder Wasserdampf
vorgenommen wird.
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Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß bei dem Spülgasschwelen
fester Brennstoffe Starkgas von hohem Heizwert mit dem geringsten Aufwand an Sauerstoff
dadurch erhalten werden kann, daß kaltes, aus der Teerkondensation rückgeführtes
Spülgas durch den heißen Koks geführt und hierbei weitgehend vorgewärmt wird. In
dieses derart aufgeheizte Spülgas wird Sauerstoff unmittelbar in solcher Menge eingeleitet,
daß durch Teilverbrennung das Spülgas auf Schweltemperatur erhitzt wird. Anschließend
wird das entsprechend erhitzte Spülgas in den eigentlichen Schwelschacht eingeleitet,
in welchem es den Brennstoff schwelt und entsprechend seiner eingestellten Erhitz.ungstemperatur
den Brennstoff entgast. Durch dieses Verfahren gemäß Erfindung stellt sich bei geringstem
Sauerstoffverbrauch ein höchster Heizwert im Spül-
gas ein. Eine Erklärung
mag darin liegen, daß dieses Verfahren die im Koks gespeicherte Wärme weitgehend
wieder für das Schwelen des Brennstoffs nutzbar macht, so daß der Prozeß m-it dem
geringsten Wärmeaufwand geführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu erblicken,
daß das Spülgas an keiner Stelle höher als auf die geivünschte Schweltemperatur
erhitzt wird. Hierdurch werden überhitzungen des Spülgases vermieden, so daß die
gefürchteten, mit der Temperatur ansteigenden, den Heizwert' des Gases drückenden
Zersetzungen der Kohlenwasserstoffe so gering wie möglich ausfallen. Diese Zersetzungen
würden auch fühlbare Wärme binden, die durch Verbrennen vori Spülgas mittels Sauerstoff
zu erzeugen wäre. Durch den Fortfall der Zersetzungen bleibt ebenfalls der Verbrauch
an Sauerstoff auf das geringste Maß beschränkt.
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Beim unmittelbaren Einleiten des Sauerstoffs in den gesamten Spülgasstrom
bestehen die Schwierigkeiten, bei allen Lastbereichen und unter allen Umständen
eine sichere Zündung zu erhalten, denn bei Ausfall der Zündung werden schwerste
Störungen durch Verpuffungen heraufbeschworen. Die Sauerstoffmenge ist bei dieser
Arbeitsweise im Verhältnis zur Spülgasmenge so gering, daß mit einfachen bekannten
Hilfsmitteln keine sichere Zündung zu erhalt-en ist. Dagegen ist eine ausreichende
Betriebssicherheit aber neben vielen anderen Vorteilen des Verfahrens der Erfindung
gegeben, wenn der Sauerstoff auf eine für die Hauptverbrennung sichere Zündtemperatur
von z. B. iooo° durch Verbrennen mit einem stark begrenzten Teilstrom des Spülgases
vorerhitzt wird, beispielsweise durch Anordnung einer Vorbrennkammer. Hierbei wärmt
sich das Mauerwerk der Vorbrennkammer ohne Gefährdung entsprechend auf und gibt
bei allen Lastbereichen des Schwelofens eine betriebssichere Vorzündüng des Sauerstoffs.
Beim Erhitzen des Sauerstoffs in der Vorbrennkammer auf z. B. iooo° ist lediglich
eine geringe Gasmenge notwendig, die bei der Verbrennung nur eine geringe Sauerstoffmenge
von z. B, iofl/o aufzehrt, so daß die weitaus größte Sauerstoffmenge nach wie vor
im Hauptspülgasstrom verbrennt. Als Heizgas wird zweckmäßig nicht das vorgewärmte
Spülgas genommen, da dieses durch das Hindurchleiten durch den glühenden Koks Staub
enthält, welcher in der Vorbrennkammer leicht zu Schlackenansätzen führt. Mit Vorteil
-wird das reine, direkt von der Teerkondensation rückgeführte kalte Spülgas in die
Vorbrennkammer geleitet. Auf die Vorwärmung kann hierbei verzichtet werden, da die
benötigte Gasmenge klein ist und die Vorwärmung des Gases nicht die Nachteile der
Verschlackung der Vorbrennkammer aufwiegt. -Alle Vorteile des Verfahrens hinsichtlich
höchstem Heizwert des anfallenden Starkgases und geringstem Sauerstoffbedarf bleiben
hierbei gewahrt.
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Ein Spülgasofen ist oft so groß, daß der Spülgasstrom häufig aufgeteilt
und deshalb auch gegebenenfalls durch getrennte Zugabe von Sauerstoff aufgeheizt
werden muß. Hierbei müssen Vorbrennkammern in entsprechenderAnzahl angeordnet werden,
oder es kann mit Vorteil eine einzige Vorbrennkammer mit den einzelnen Spülgasströmen
durch Kanäle verbunden werden. Hierbei wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ein gleichmäßiges Schwelen dadurch erreicht, daß zur genauen Einstellung der Schweltemperatur
in den einzelnen Spülgasströmen Zweitsauerstoff in regelbaren Mengen zugeführt wird
und damit die Temperatur in jedem Teilstrom vor Eintritt in die Schwelzone genau
beherrscht werden kann.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Erfindung seien an Hand eines
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert:
Mit i ist ein Spülgasschachtofen bezeichnet, dem durch,die Schleuse 2 stetig der
Brennstoff zugeführt und aus dem durch die Schleuse 3 mittels der Austragevorrichtung
q. ständig Koks abgezogen wird. Die auf .die Schweltemperatur erhitzten Spülgase
treten durch den Rost 5 in die Brenrnstoffschüttung ein, durchströmenden Schacht
nach oben, schwelen und entgasen hierbei den Brennstoff und werden durch das Abzugsrohr
6 mittels Gebläse 7 in die Teerkondensation 8 in bekannter Weise geleitet, in welcher
@sie gekühlt, entteert und gegebenenfalls entbenzinieert werden. Die gereinigten
kalten Gase treten als Spülgase in einer Teilmenge durch die Leitung 9 in die. Kokskühlzone
io des Schachtofens ein, durchströmen den glühenden Koks und wärmen sich entsprechend
vor. Anschließend werden die Spülgase vom Gebläse i i abgesaugt und in die Kammer
12 gedrückt. In die nach der Erfindung angeordnete Vorbrennkammer 13 werden Sauerstoff
durch die Leitung 1.4 und Heizgas (Spülgas) durch die Leitung 15 in so geringer
Menge eingeführt, daß durch Verbrennen bei starkem Gasmangel
der
Sauerstoff auf eine sichere Zündtemperatur von z. B. iooo° erhitzt und nach dem
Einleiten in die Kammer 12 am Hauptspülgasstrom sicher verbrannt wird, wodurch der
Sauerstoff das Spülgas auf die gewünschte Schweltemperatur von z. B. 700° erwärmt.
Nach dem Aufheizen in der Kammer 12 wird das Spülgas über den Rost 5 in den Schachtofen
i geleitet. Das Spülgas besteht aus einer Mischung von Schwelgas und den Verbrennungsprodukten
mittels Sauerstoff. Das überschüssige Spülgas wird durch die Leitung 16 abgezogen
und stellt das gewünschte Starkgas von hohem Heizwert dar. Zur Steigerung des Heizwertes
ist es vorteilhaft, die Kohlensäure, die nach der Kondensation des Wasserdampfes
als einziges Produkt der Sauerstoffverbrennung übrigbleibt, nach bekannten Verfahren
auszuwaschen.
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Das Verfahren gemäß Erfindung ermöglicht, bei dem Spülgasschwelen
unter geringstem Sauerstoffbedarf ein Starkgas von höchstem Heizwert zu erzeugen.
Es bringt somit einen erheblichen technischen Fortschritt und versetzt die Spülgasschwelung
in die Lage, neben den sonstigen großen Vorteilen der hohen Leistungsfähigkeit ein
Starkgas in wirtschaftlichster Weise zu erzeugen.
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In manchen Fällen soll das bei dem Spülgasschwelen anfallende Gas
zu Synthesezwecken ausgenutzt werden, so daß es gegebenenfalls neben weitgehender
Stickstofffreiheit auch einen möglichst geringen Gehalt an Kohlenwasserstoffei aufweisen
soll. Das Verfahren gemäß Erfindung kann alsdann mit Vorteil derart abgeändert werden,
daß die Vorbrennka@mmer als Hauptbrennkam-mer ausgebildet wird, in welcher der gesamte
Sauerstoff unter starkem Gasüberschuß und gegebenenfalls Wasserdampfzusatz verbrannt
wird. Hierbei tritt überraschenderweise im überschüssigen Gas durch die gegenüber
der Schweltemperatur höhere Verbrennungstemperatur eine starke Spaltung der Kohlenwasserstoffe
auf. Diese Spaltung ist für manche Synthesezwecke sehr erwünscht und erspart bzw.
erleichtert eine nachträgliche Spaltung in einer besonderen Spaltanlage.