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Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung höhensiedender öliger Stoffe,
wie Rückstände, Teere, Asphalte u. dgl., bei der Trockendestillation fester Brennstoffe
in Kammeröfen oder Retorten Die Erfindung betrifft Verbesserungen, solcher Verfahren,
nach denen schwersiedende öligeStoffe, wie Destillat,ions.- und Raffinationsrückstände,
Teere, Asphalte u. dgd., in Verbindung mit der Trockendestillation: fester Brennstoffe
so zur Umsetzung gebracht werden, daB wertvolle Zersetaungserzeugni:sse flüchtiger
Art, namentlich niedriger siedende Öle und gasförmige Kohlenwasserstoffe, neu gebildet
werden. Es ist hierbei bekannt (vgl. etwa die Patentschriften ioi 863 und zo5 582),
die öligen Rückstände entweder als Flüssigkeiten und Dämpfe in unterbrochen betriebenen
Kammeröfen oder Retorten zurr Koks-und Gaserzeugung mit der darein enthaltenen glühenden
Beschickung, d. h. dem entstandenen Koks, durch Au£fließenlassen bzw. durch überleiten
der Dämpfe in Berührung zu bringen, oder die Ausgangsöle mit -der Brennstoffbeschickung
solcher Kammern oder Retorten. schon vor deren Einbringen in dieselben zu vermischen,
worauf ihre Zersetzung im Verlaufe des Trockendes.tillationsprozesses des festen
Brennstoffes vor sich geht. Diese bekannten Verarbeitungsverfahren der öligen Rückstände
besitzen vielfache Unzulänglichkeiten und Nachteile und führen immer nuir zu einer
mangelhaften Ausnutzung der Ausgangsstoffe. Sie
ergeben auch immer
Beeinträchtigungen des Betriebs der Ofenkammern und Retorten., schon, dadurch, daß
wesentliche Mengenanteile der Ausgangsöle mit den beheizten glühenden Wand ob--rflächen
der Kammern oder Retorten in Berührung kommen und dadurch Zersetzungserzeugnisse,
insbesondere Kohlenstoff, auf und in den Wandungen niederschlagen, was zu Schädigungen
und Betriebsstörungen führt. Dazu kommen unerwünschte Einwirkungen auf den Ablauf
der Trockendestillation der festen Blrennu,toffe und auf die Beschaffenheit der
Erzeugnisse derselben, namentlich des festen Koksrückstandes.
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Die Erfindung gründet sidh wesentlich auf die Erkenntnis, daß die
Unzulänglichkeiten bekannter Verfahren dieser Art durch die mit der Destillation
und Verkokung der festen Brennstoffe einhergehenden, sich im Innern der Be!s@chickung
ai'bspielenden Vorgänge bedingt werden., die bisher bei der Durchführung der fraglichen
Verfahrens nicht beachtet worden sind.
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Bekanntlich werden bei der Destillation und Verkokung fester B'rennsrtoffe
in unterbrochen betriebenen, von außen beheizten Kammeröfen oder Retorten durch
die Einwirkung der heißen Kammer-oder Retortenwände in der Brennstoffmasse zunächst,
von diesen Wandflächen bzw. den äußeren Begrenzungsflächen der Beschickung her beginnend,
sogenannte Teernähte oder Verkokungsnähte aus den bituminösen Bestan@diteilen des
Brennstoffs gebildet, d. h. Schichten aus geschmolzener bituminöser Masse, die durch
ständig wiederholtes Verdampfen solcher Bestandteile und. Wiederkondensie,re-n derselben
in den von den Heizwänden abgewendeten, d. h. inneren Partien der Beschickung entstehen.
Diese Teernähte wandern im Verlaufe der ganzen Garungszeit von den äußeren Begrenzungen
der Brennstoffmasse allmählich bis in deren innerste Kernpartien weiter. Das geschilderte
Verdampfen und Wiederverdickten der bituminösen Brennstoffbestandteile in: den Teernähten
geht im ersten Teil :der Garungszeit mit einer rapiden Verdampfung des vorhandenen
Feuchtigkeits- und Konstitutionswassers einher, dessen Menge bei Steinkohle für
die Kammerverkokung bis zu i5o/o von .dem Beschickungsgewicht, für .die Leuchtgaserzeugung
in Retorten wenigerbeträgt. Diese Wasserdämpfe entweichen ,aus dem Innern :der Brennstoffmasse
und werden zu den Seiten hin, vornehmlich aber nach oben aus der Beschickung herausgetragen.
S ie begünstigen Idas Verdampfen der verflüchtigbaren bituminösen Anteile, die dadurch
zum Teil, solange dieser Zustand währt, schon bei der hierbei herrschenden verhältnismäßig
niedrigen Temperatur von, nur etwa ioo° C mit aus der Beschickung und damit aus-
der Ofenkammer in Form von Öl- oder Teerdämpfen hinausgetragen werden. Nach einer
verhältnismäßig kurzen Zeit, bei der IZ'-amnververkokung etwa nach einem Zehntel
bis zu einem Fünftel der ganzen Garungsdauer, d. h. nach etwa a bi-Si d. Stunden,
ist der. größere Teil des vorhandenen Wassers verdampft und diie weitere Entwicklung
voll Wasserdämpfen, bis auf ein verhältnismäßig geringes Maß herabgesetzt. Von diesem
Zeitpunkt an findet daher kein nennenswertes Hinaustragen von Dämpfen: schwersiedender
bituminöser Bestandteile mehr statt, die durch die Beheizungswirkung der Kammer-
oder Retortenwämde verflüchtigt werden. Diese Bitumendämpfe der Teernähte werden
daher in :den kühlen Innenpartien der Brennstoffmasse ständig wieder niedergeschlagen
und bewirken die geschilderte, fortschreitend zunehmende Verstärkung der Teernähte.
Beispielsweise beobachtet, man. bei der Verkokung westfälischer Kokskohlen Dickenabmessungen
solcher Teernähte von ursprünglich etwa io mm bis zuletzt von 5o bis. 6o mm; das,
Zusammentreffen der Teernähte von den beiden gegenüberliegenden Kamm:e.rwandseiten
her in der Mitte der Kohlebeschickung ergibt zuletzt eine Gesamtlschichtstärke gleich
dem Doppelten des angegebenen Maßes, also von etwa ioo bis iao mm. Dieses Stärkerwerden
der Teernähte bewirkt zugleich, daß sie für Gase und Dämpfe praktisch undurchlässig
werden:, und demgemäß hindert die von den Teernähten gebildete, den Kern der Beschickung
dicht umschließende Kapsel das Entweichen von Gasen und Dämpfen aus ihr in den Kammer-
oder Retortenraum hinein. Erst wenn die Gesamtmasse der in den Teernähten angehäuften
bituminösen Bestandteile durch ihr Zusammenrücken: bis zum Kern einen: zusammenhängenden
Körper bildet, findet, durch die zunehmende Temperaturerhöhung des!selben eine Entwicklung
von Bitu:mendämpfen. statt, die nun sämtlich durch die den Teernahtkern umschließende
glühende Koksmasse hindurchdringern und hierbei Umsetrzungen teilweise zu wertvollen
flfichtigen dampf- oder gasförmigen Stoffen erfahren.
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Das Verfahren der Erfindung macht sich bewutßt die vorgeschi:lderten
Vorgänge bei der Trockendestillation fester Brennstoffe für die Um!set@zung schwersiedender
öliger Stoffe zunutze und besteht darin, daß. die öligen. Ausgan:ggs:toffe als Flüssigkeit
in den mittleren noch uriverkokten: und demgemäß verhältnismäßig kühlen Teil der
Brennstoffbeschickung nach! dem Zeitpunkt eingeführt werden, wo die äußeren Schichten
der Beschickung in Koks umgewandelt sind. Dieses Einführen kann nach einer Ausführungsform
der Erfindung durch gelöcherte Verteilrohre geschehen, die an Zufuhrrdh:rleitungen
lö!s!bar anzuschließen sind und von den äußeren Begrenzungen :der Kammer oder Retorten
her, zweckmäßig durch die Verschlüsse ihrer rBeschickungs- oder Türöffnungen, vorübergehend
in die Brennstoffmasse eingestoßen und nach Einführen der Flüssigkeit wieder entfernt;
werden. Bei dieser erfirndungsgemäßenVerfahrensweise vermischen sich also die öligen
Ausgangsstoffe m.it der noch uriverkoktenfestenBirennstoffmasse ausschließlich in
dem durch die Teernähte umschlossenen, rings. eingekapselten Raum. Sie verhalten
sich daher im weiteren Verlauf der Garung praktisch ebenso wie die in diesen Raum
hinein fortwährend neu verdampften, und wieder niedergeschlagenen: bituminösen:
Bestandteile der festen Brennstoffe. Demgemäß werden sie zunächst wegen der niedrigen
Temperatur
im Brennstoffkern, die während längerer Zeit nicht über ioo° C hinausgeht, und wegen
der Abwesenheit von größeren abziehenden Wasserdampfmengen flüssig und unverdampft
erhalten, d. h. es gehen keine Mengenanteile von ihnen verloren, ohne umgesetzt
zu werden. Beim Fortschreiten der Garung bis gegen ihr Ende hin stellen sie schließlich
zusammen miti dem zu einer engen Kapsel zusammengeschrum ften Teernahtkerin einen
räumlich einheitlichen, wenn auch stofflich differenzierten. Bitumenkörper dar,
der nunc von: diesem Zeitpunkt an ebenso wie im normalen Garungsverlauf eines festen
Brennstoffs allein durch zunehmendes Erhöhen: der Temperatur verdampft wird, so
daß die Gesamtheit dieser Dämpfe die äußere glühende Kokspartie der Beschickung
durchstreichen mußi und, darin umgesetzt wird. Da in diesem,S,tadium auch die Dicke
der glühenden Koksschicht ringsum beträchtlich ist, findet die denkbar vollkommenste
Einwirkung und Umsetzung in den Poren sowie in den. Rissen und Klüften dieser glühenden
Koksmasse statt, ahne daß: Teile des Einsatzgutes dies:r Behandlung entgehen.
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Der genaue Zeitpunkt des Einbri-ngens der öligen Ausgangsstoffe in
die Beschickung richtet sich, vornehmlich einerseits nach der Zusammensetzung derselben
hinsichtlich Siedelage und Flüchtigkeit der Bestandteile und andererseits nach d:r
Art des festen Brennstoffs und nach seinem Verhalten bei der Trockendestillation.
Ein in der Hauptsache sichwerflüchtiger öliger Ausgangsstoff kann schon in einem
verhältnismäßig frühen Garungsstadium eingefüllt «erden, weil eine selbst stark,
in diesem Stadium noch herrschende Wasserverdampfung keine nennenswerten Mengenanteile
des öligen Stoffs mit verflüchtigen und hinaustragen: kann. Ein an verflüchtigbaren
Anteilen etwa mittlerer Siedelage reicher öliger Ausgangsstoff dagegen wird besser
in einem späteren Garungsstadium eingefüllt, wo die Wasserverdampfung, die das Verflüchtigen
des öligen Stoffs fördert, stark herabgesetzt ist. Es können aber für den Zeitpunkt:
des Einfüllens des öligen Stoffs auch Rücksichten auf die Umsetzungsvorgänge in:
der äußeren Koksschicht maßgebend, sein. Diese Koksschicht hat im ersten Teil der
Garung ziemlich niedrige Temperaturen, weil die Beschickung leim Einfüllen in die
heiße Ofenkammer oder Retorte deren Wandamgen zunächst stark abkühlt., also ihren
Wärmevorrat zum Teil entspeichert und außerdem durch ihren Wassergehalt anfänglich
eine starke, erheblich über den zeitlichen Durchschnitt gehende Wärmebindung verursacht.
Erst nach einem ansehnlichen Teil der ganzen Garungszeit, etwa nach einem Drittel
derselben, erreicht ,der erzeugte, die Außenschicht der Brennstoffmasse bildende
Koks annähernd die im Verlaufe auftretende Höchsttemperatur. Wenn es nun beispielsweise
nützlich erscheint. Umsetzungen zwischen Bestandteilen der schwersiedenden öligen
Stoffe und Odem heißen Koks bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vorzuneh,tnen,
so empfiehlt sich ein schon frühzeitiges Einfüllen des öligen Ausgangsgutes, damit
"heile desselben verdampfen und die Dämpfe durch die in diesem Stadium noch nicht
dicht geschlossenen Teernähte hindurch in die noch nicht sehr heiße Koksschicht
übertreten. In Fällen, wo die entgegengesetzten Rücksichten maßgeblich sind,, empfiehlt
sich ein späteres Einfüllen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen, Verfahrens gegenüber den als bekannt
hingestellten Verfahren sind nach den vorstehenden Schilderungen und Erklärungen
verständlich und erkennbar. Nach dem Verfahren werden die günstigsten Bedingungen
für die Ausnutzung des Ausgangsgutes und für se ine Umsetzung während des, Trockendestillationsprozesses
gesichert und alle die Nachteile vermieden, die in den bekannten Fällen einerseits
durch unvollkommene, räumlich und zeitlich ungenügende Umsetzungen in der Brennstoffbeschickung,
andererseits durch ungewollte Einwirkungen auf die beheizten Kammern und Retorten
selbst hervorgerufen: werden. Dadurch ergeben sich bei sparsamstem Arbeiten höchste
und gütemäßig beste Ausbeuten an wertvollen Umsetzungserzeugnissen, insbesondere
an flüssigen Kohlenwasserstoffeh mittlerer und niedriger Siedelage und an Gasen
dieser Art, die durch Zersetzung, d. h. Spaltung der Ausgangsöle, erhalten werden
und vielfach ,ausschließlich 2#"romatischer, mitunter teilweise auch aliphatisdh-er
Natur sind. Das, nicht flüchtige Zersetzungserzeugnis, d. h. Kohlenstoff, wird vollständig
in dem erzeugiten Koks niedergeschlagen und zu, dessen Vergütung ausgenutzt, nicht
auch an anderen Stellen außerhalb der (Beschickung erhalten.
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Das Verfahren wird an Hand der Zeichnung erläuter.b, die eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zu seiner Durchführung als Ausführungsbeispiel wiedergibt. Die Zeichnung
stellt eine aus zwei Ofen kammern bestehendes Teilstück einer .Koksofen batterie
mit Ab 'b. i im Aufriß, teilweise als senkrechten Schnitt nach der Linie a-a der
Abb. 2, und mit Abb. 2 eine zugehörige Grundrißaufsicht dar, die nur ein Teilstück
der Kammerlänge umfaßt.
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In Abb. i bedeutet. i die im senkrechten Querschnitt erscheinende
Kammer eines Koksofens, die zu beiden Seiten von den befeuerten Heizwänden 2 begrenzt
wird. In .der Ofendecke ist die Füllöffnun.g 3 erkennbar, die durch den Füllochdeckel
q abgeschlossen wird. Im Innern der Ofe.nkamm.er i ist die tB.eschickung in einem
verhältnismäßig frühen Garungs,stadiu:m dargestellt; sie besteht aus der äußeren,
der Kammerwand anliegenden Koksschicht 5, .der inneren nach unverkokten! Brennstoffmasse
6 und den Teernähten. 7, welche diese beiden Schichten voneinander trennen. In die
innere R,rennstoffschicht 6 ragt von oben her das senkrechte, ziemlich dünne Rohr
8, ,das am unteren Teil mit Löchern 9 versehen ist, bis nahezu zur Ka.mmersdhle
!herab. Dieses Rohr 8 ist durch einen mittleren Rohrstutzen io des Füllochdeckels
4. hindurchgeführt, oberhalb hiervon knieförmig in das waagerechte Rohrstück i i
umgebogen und mit dem An: schlußstück 12 lösbar an einem Zufuhrrohr 15 befestigt,
das (vgl. Abb. 2) parallel zur Kammerlänge auf der Ofendecke angeordnet ist. An,
der Anschlußstelle 12 wird das Rdnr i5 zweckmäßig mit :i:ner
Absperrvorrichtung
14 versehen. Ein solches Verteilrohr 8, 11, z2 wird bei jedem Füllochdeckel 4. angeordnet;
es können jedoch hierfür, zur Vermehrung der Anzahl von Rohren, außerdem noch andere
verschließbare Deckenöffnungen vorgesehen werden. Die Zufu@hrrohre 15 der einzelnen.
Ofenkammern sind, wie Abb. 2 ergibt, an eine gemeinsame, über die ganze Ofenbatterie
reichende Speiserohrleitung 16 unter Zwischenfügung von Absperrvorrichtungen 17
angeschlossen. Diese Speiserohrleitung 16 kommt von der Druckseite einer am Ende
der Ofenbatterie angeordneten Druckpumpe i8 her, welche mit ihrem Saugrohr i9 an
einen (nicht gezeichneten) Vorratsbehält:r angeschaltet ist.
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Im Betrieb dieser Gesamteinrichtung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Koksofenkammer i nach ihrer Füllung mit Verkokung-kohle zunächst
so lange betrieben, bis die äußerste Schich.ti der Brennstoffmasse, die an die senkrechten,
durch die Heizzüge 2 beheizten Kammerlängswände angrenzt, in Koks umgewandelt ist
und die diese Koksschicht von der urverkokten Brennstoffmasse 6 trennenden Teernähte
7 gebildet sind. Zu diesem Zeitpunkt ist an der die Deschickung oben begrenzenden.
Oberfläche eine Teernaht erst im Entstehen begriffen und noch nicht stark ausgebildet,
dagegen an der mitheizeniden Kammersohle eine solche vorhanden. Es wird nun durch
jedes Fülloch 3 ein Verteilrohr8 durch den Stutzen io des Füllochdeckels 4 senkrecht
in den mittleren noch umverkokten Teil 6 der Brennstoffbeschickung eingeführt und
bei der Anschlusstelle 12 mit der Absperrvorrichtung 14 des Zufuhrrohres 15 abdichtend
verbunden. Nachdem nun sämtliche Absperrvorrichtungen 14 und 17 geöffnet. sind,
wind mittels .der Druckpumpe 18 der schwersiedende ölige Ausgangsstoff als Flüssigkeit
durch das V erteilrohr 8 in den unteren Teil der urverkokten Brennstoffbeschickung
6 eingeführt. Diese Flüssigkeitsmasse kann volumenmäßig einen beträchtlichen Teil,
z. Bi. io bis 2o 1/o und darüber, des Gesamtvolumens .der Brennstoffbeschickung
ausmachen. Sie wird durch das Einpressen mittels der Druckpumpe 8 durch die Löcher
9 in die umgebende feuchte Brennsitoffrnasse hinein sehr gut von .dieser aufgesaugt
und in ihr verteilt; dabei wird sie von den beiden seitlichen Teernähten 7 und dem
an. der Kammersohle entstandenen Teernahtstück wie in einem geschlossenen Becken
aufgefangen gehalten, nimmt aber nur einen Teil der Höhe der Brennstoffbeschickung
6 ein. Nach dem Einfüllen der öligen Flüssigkeit werden die Rohre 8 sofort entfernt
und die Stutzen. io der Füllochdeckel 4 verschlossen. Der Des.tillations- und Verkokungsprozeß.
schreitet fort, indem sich die Teernähte 7 im weiteren Verlauf auch oben und dadurch
im ganzen zu einer rings geschlossenen :Kapsel ausbilden, welche die eingefüllte
ölige Flüssigkeit umschließt. Da in diesem Stadium die Temperatur der inneren Besch.ickungsmasse
6 nur etwa ioo° C beträgt und diese Temperatur bis; zu einem weit fortgeschrittenen
Garungsstadium weiterbesteht, bleibt das eingefüllte flüssige ölige Ausgangsgut
weiterhin flüssig und urverdampft, zumal da auch erhebliche Entwicklungen von Wasserdampf
in -diesen fortgeschrittenen Stadien nicht mehr stattfinden. Während dieses Weiterverlaufs;
rücken die Teernähte 7 näher und näher nach der Mitte hin, wobei sie sich gleichzeitig
verstärken und mehr und mehr dichtschließend gestalten. Sobald sich die Teernähte
7 dem Mittelteil der Beschickung so weit genähert haben, das sie fest zusammentreffen,
ist die Temperatur in diesem Teil der Beschickung durch die Heizwirkung der Kammerwände
und das vollständige Entfernen. von Wasser so weit gestiegen, das ein zunehmendes
Verdampfen vorn bituminösen Bestandteilen der Teernähte 7 selbst und von öligen
Bestandteilen des eingefüllten Gutes stattfindet. Die erzeugten Dämpfe nehmen zufolge
des dichten Abschlusses des Kernraums einen hohen Druck an, so das ihr Entweichen
durch die Teernähte in die äußeren Koksschichten 5 hinein ermöglicht wind. In dienern
Schichten finden nun die Ums etzungernde@s öligen Ausgangisg gutes mit der Erzeugung
von flüchtigen, durch Zersetzungen und Spaltungen gebildeten Stoffen statt, die
zumeist Kohlenwasserstoffe von mittlerer und. niedriger Siedelage und von Gasform
sind. Die Dämpfe und Gase dieser Stoffe gelangen in .den Gassammelraum der Ofenkammer
i und werden zusammen mit den weiterentwickelten flüchtigen Destillationserzeugnissen
herausgeführt. Dabei müssen die aus dem Ausgangsgut im Kern der 'Beschickung erzeugten
Dämpfe durchweg .die Koksschichten 5 durchsetzen, bevor sie in den Raum der Ofenkammer
i eintreten. Hierdurch wird gesichert, das keinerlei ö1-dämpfeanteile den durch
die Koksschichten 5 gebotenen Umsetzungsraum vermeiden oder umgehen können und daßi
daher die Umsetzung innerhalb der Brennstoffschicht eine vollkommene ist.
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Die Druckpumpe i8 zur Förderung -des flüssigen Ausgangsstoffs kann
selbstverständlich-durch andere Vorrichtungen, etwa durch einen Behälter mit Druckgasförderung,
ersetzt werden. Im übrigen wird zweckmäßig das ölige, schwersiedende Ausgangsgut
vor seiner Förderung, um es genügend dünnflüssig zu machen:, in größeren Behältern
bei höherer Temperatur, -die durch geeignete Beheizungsvorrichtungen aufrechterhalten
wird, ges:peichert, und die Speiseleitung 16 wird vorteilhaft zu einer Ringleitung
ausgebildet, durch welche das erwärmt° flüssige Gut in dauerndem Kreislauf gefördert
wird, um Verdickungen desselben und dadurch hervorgerufene Verstopfungen in den
Rohrleitungen zu verhüten.