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Verfahren zum Verarbeiten von Briketts aus Abfallteeren, Druckhydrierungsrückständen
od. dgl. und teerfreien Brennstoffen, wie Multiklonstaub, Generatorasche u. dgl.
Es ist bekannt, daß die bei der Druckhydrierung von Kohlen, Teeren u. dgl. anfallenden
Rückstände sowie Abfallteere, die stark durch Staub verunreinigt sind, nicht leicht
in wertvolle Produkte überzuführen sind. Eine häufig untersuchte Möglichkeit zu
ihrer Aufarbeitung besteht darin, diese Abfallstoffe zur Brikettierung von nicht
backenden Brennstoffen zu benutzen und die Briketts zu verschwelen. Da die Hydrierrückstände
und Abfallteere nur ein recht geringes Bindevermögen besitzen, ist auch dieser Weg
nicht einfach durchzuführen; wird wenig Bindemittel benutzt, so haben die Briketts
eine sehr geringe mechanische Festigkeit, so daß sie beim Transport und beim Einschütten
in den Schweler sowie beim Abrutschen in diesem leicht zerfallen. Wird der Bindemittelzusatz
reichlicher bemessen, so ist zwar die Festigkeit in der Kälte ausreichend, im Schweler
tritt jedoch leicht Erweichen ein, so daß häufig Störungen durch Verkleben der Briketts
untereinander und mit den Wänden eintreten. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten
wird vorzugsweise die Spülgasschwelung angewendet, die am leichtesten regelbar ist,
die Briketts und den Teer schont und auch eine als günstig erkannte große anfängliche
Erhitzungsgeschwindigkeit
ermöglicht. Ein wesentlicher Nachteil
dieser Spülgasschwelverfahren besteht darin, daß der anfallende Koks wenig fest
ist. Will man den Koks vergasen, so erweist sich diese geringe Festigkeit des Kokses
natürlich als Nachteil, weil leicht Zerfall der Briketts und infolge davon Störungen
des Generatorganges eintreten. Der größte Teil der Schwelrückstandsbriketts zerfällt
meist schon beim Austrag aus dem Schweler oder bei dem Transport vom Schweler zum
Vergaser, spätestens beim Einschütten in den Vergaser. Um diese Möglichkeiten des
Zerfalls der lockeren Schwelrückstandsbriketts zu vermeiden, ist daran gedacht worden,
die Briketts direkt anschließend an die Schwelung im sogenannten Schwelgenerator
(Generator mit aufgesetztem Schwelaufsatz) zu vergasen, wo Schwelung und Vergasung
in einem Apparat durchgeführt werden. Wegen der hohen Brennstoffsäule in solchen
Schwelgeneratoren treten jedoch auch hier Brikettzerfall spätestens in den unteren
Schichten, infolge davon Verstopfungen des Brennstoffbettes und schließlich Betriebsstörungen
ein. Das Gas selbst (Generatorgas -+- Schwelgas) enthält gasförmige Kohlenwasserstoffe.
Zur Wasserstoffgewinnung ist es wegen des hohen Stickstoffgehaltes natürlich vollkommen
ungeeignet. Bei Fehlen des Stickstoffgehaltes würde der Gehalt an gasförmigen Kohlenwasserstoffen
stören.
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Die Erfindung löst nun die neue Aufgabe, die Verarbeitung der bei
der Druckhydrierung von Kohlen, Teeren u. dgl. anfallenden Rückstände in den Rahmen
des Hydrierbetriebes sinnvoll einzugliedern, d. h. die in den Rückstandsbriketts
enthaltenen Öle für die Zwecke der Hydrierung wiederzugewinnen und den Schwelrückstand
selbst so zu vergasen, daß aus dem erhaltenen Gas Wasserstoff für Hydrierzwecke
gewonnen werden kann.
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Es wurde überraschenderweise gefunden, daß man durch Vergasung von
Briketts, die aus Abfall- (Staub-) Teeren, Druckhydrierüngsrückständen od. dgl.
und teerfreien Brennstoffen, wie Multiklonstaub, Winklergeneratorrückständen usw.,
hergestellt sind, einen guten Teer und ein so gut wie kohlenwasserstofffreies, zur
Verarbeitung auf Wasserstoff geeignetes Gas erhalten kann, wenn man die Briketts
in einem Generator ohne Schwelaufsatz bei geringer Schütthöhe und hohen Gasabzugstemperaturen
mit wasserdampfhaltigem Sauerstoff vergast. Obwohl das Vergasungsgas den Teer aus
den Briketts austreibt und zu den Teerabscheidern führt, ist es doch praktisch frei
von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, die die übliche Weiterverarbeitung zu Wasserstoff
verhindern würden. Da mit stickstofffreiem Sauerstoff vergast wird, ist das Gas
auch frei von Stickstoff und ohne weiteres für die Wasserstoffgewinnung geeignet.
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Es ist zwar selbstverständlich bekannt, feste Brennstoffe mit w asserdampfhaltigem
Sauerstoff zu vergasen. Die bei diesen Verfahren gewonnenen Erfahrungen ließen jedoch
nicht voraussehen, daß es möglich sein würde, aus Brennstoffen mit hohem Teergehalt
neben dem größeren Teil des Teeres ein von gasförmigen Kohlenwasserstoffen praktisch
freies Gas zu gewinnen. Bei der erfindungsgemäßen Vergasung mit Sauerstoff treten
auch die durch die geringe Festigkeit der Briketts bedingten Schwierigkeiten nicht
oder in nur geringem Umfang auf, so daß der Betrieb der Vergaser praktisch störungsfrei
verläuft.
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Die überraschenden Vorteile der Vergasung mit Sauerstoff lassen sich
vielleicht dadurch erklären, daß die Vergasungszone sehr klein ist, so daß die gesamte
Höhe der Brennstoffschicht nur etwa i bis 2 m beträgt. Dadurch werden die Briketts
nur geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, denen sie gut standhalten.
Innerhalb der kurzen Brennstoffschicht ist der Temperaturanstieg sehr steil, was
offenbar sehr günstig wirkt, da einerseits die Briketts oberflächlich rasch durch
Verkokung der nicht flüchtigen Teeranteile gehärtet werden, andererseits die flüchtigen
Teerbestandteile nach kürzester Zeit aus der Zone hoher Temperatur herausgespült
werden. Immerhin bleibt erstaunlich, daß die zweifellos eintretende Teerspaltung
praktisch keine flüchtigen Kohlenwasserstoffe liefert. Die Vergasung mit Sauerstoff
wird in an sich bekannter Weise durchgeführt, indem der Sauerstoff mit der notwendigen
Wasserdampfmenge, versetzt durch zahlreiche Öffnungen mit großer Strömungsgeschwindigkeit
(etwa 2o bis 30 m/s), in den Gaserzeuger eingeführt wird. Zur gleichmäßigen
Verteilung des Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisches über den Generatorquerschnitt ist
es vorteilhaft, oberhalb der Einführungsdüsen eine etwa 2o bis 40 cm hohe Aschenschicht
aufrechtzuerhalten. Das Gemisch kann in bekannter Weise überhitzt sein. Die Höhe
der Brikettschicht wird so gewählt, daß die Temperaturen des abziehenden Gases oberhalb
etwa 32o° liegen, vorteilhaft zwischen 350 und q.50°, z. B. bei 4000. Das
Gas wird auf bekannte Weise zunächst trocken entstaubt und dann gekühlt, wobei sich
der Teer vollständig abscheidet.
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Die dem Verfahren zu unterwerfenden Briketts bestehen aus nicht bituminösen
Brennstoffen, insbesondere Abfallbrennstoffen, wie dem Staub, der bei der trockenen
Entstaubung von Gas aus mit Sauerstoff betriebenen, Grudekoks verarbeitenden Winklergeneratoren
anfällt und der etwa 45 % C enthält, oder den Vergasungsrückständen dieser Gaserzeuger,
die noch etwa 55 0/0 Verbrennliches enthalten. Dieser feinkörnige Brennstoff wird
mit Abfallteeren, d. h. stark staubhaltigen, verhältnismäßig wenig leicht (unter
300°) siedende Bestandteile enthaltenden Teeren oder Druckhydrierungsrückständen
vermischt und z. B. in Walzenpressen zu Eiformbriketts von etwa 5o - 42 - 3o mm
Abmessungen bei 4o bis 50 g Gewicht verpreßt; doch sind auch größere Formate brauchbar.
Der Gehalt an Bindemittel spielt für das Verfahren keine ausschlaggebende Rolle,
da, wie gesagt, die mechanische Beanspruchung der Briketts sehr gering ist. Druckfestigkeiten
von 15 bis 2o kg/em'= haben sich als völlig ausreichend herausgestellt. Je
nachdem, ob mehr feste oder mehr flüssige Rückstände aufzuarbeiten sind, kann der
Teergehalt bei Wahl des geeigneten Pressendruckes zwischen 15 und 35 0i0
schwanken; gute Ergebnisse wurden mit einem Teergehalt
von 25 bis
26 0/0, bestimmt durch die Fischersche Schwelanalyse, erzielt.
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Beispiel In einem Vergaser von 2,7m2 Querschnitt mit Drehrost zur
Ascheaustragung und zentraler Einführung des Vergasungsmittels durch ein perforiertes
Schamotterohr wurden stündlich 45o bis 55o kg/m2 Eiformbriketts aus Winklerasche
und Rückstandsteer, die eine mittlere Druckfestigkeit von 18 kg/cm2 aufwiesen, mit
etwa
0,3 Nm3 Sauerstoff pro Kilogramm Brikett vergast; der Sauerstoff war
mit so viel Wasserdampf versetzt, daß der Taupunkt bei etwa 93 bis 96° lag. Die
Temperatur des abziehenden Gases lag zwischen
350 und 400°. Es wurden 1,3
bis 1,65 Nm3 Gas pro Kilogramm Brikett erhalten. Je nach der Wasserdampfmenge wies
das Gas in den einzelnen Versuchsabschnitten folgende Zusammensetzung auf
| 0/0 I il III |
| C02 ....................... 29,4 35,0 33,6 |
| CmH. ..................... 0,0 0,0 1,0 |
| C O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18,6 13,8
21,7 |
| HZ ........................ 49,6 47,1 38,9 |
| C H4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4 2,2
3,6 |
| C2Hg ...................... 0,0 0,0 0,3 |
| H2 ........................ 1,0 i,9 o,9 |
Die Teerausbeute lag zwischen 6o und
700/, des nach der Schwelanalyse bestimmten
Gehalts; er wies folgende Eigenschaften auf:
| Dichte (2o°) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. i,o8o |
| Stockpunkt ........................ 31,0°C |
| Benzinunlösliches ................... 2,90/0 |
| Kreosotgehalt ...................... 1o,60/0 |
| Siedebeginn ........................ 215,o° |
| Fraktion bis 18o° ................... 0,o0/0 |
| Fraktion 18o bis 32o° . . . . . . . . . . . . . . . 27,0% |
| Fraktion 32o bis 35o° ............... 26,7"/o |
| Rückstand . - ....................... 45,6% |
| Verlust ............................ 0,7% |
Der Teer war ohne weiteres für die Hydrierung brauchbar; auch das Gas kann anstandslos
für sich oder zusammen mit Winklergas auf Wasserstoff verarbeitet werden.