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Verfahren zum Schwelen und Vergasen von festen Brennstoffen in Schachtgaserzeugern
Zum Vergasen von festen Brennstoffen bedient man sich im allgemeinen des bekannten
Drehrostgenerators, der entweder kontinuierlich mit Luft oder Sauerstoff unter Zugabe
von Wasserdampf betrieben oder zwecks Erzeugung von Wassergas als Wassergaserzeuger
wechselweise mit Luft und Wasserdampf od. dgl. beaufschlagt wird. Bei der ''ergasung
von Brennstoffen, die wesentliche Teermengen liefern, wird bisweilen in einer besonderen
Schwelzone mit der fühlbaren Wärme eines Teiles des erzeugten Gases die Entgasung
des Brennstoffs vor der eigentlichen Vergasung durchgeführt. Diese Verfahren haben
den Nachteil, daß entweder die Leistung der einzelnen Gaserzeuger beschränkt ist
oder, wie für die Erzeugung von Wassergas, nur ein hochwertiger stückiger Koks zur
Verwendung gelangen kann. Beim Bau von Großleistungsgaserzeugern ist man daher gezwungen,
an Stelle des rundenSchachtes auf einen rechteckigen Schacht überzugehen, der bei
entsprechender Unterteilung in seinen Ausmaßen nicht beschränkt ist. Es ist ferner
bekannt, Brennstoffe im rechteckigen Schacht zu vergasen und als Vergasungsmittel
im Kreislauf geführtes, hocherhitztes, wasserdampfhaltiges Gas zu benutzen oder
aber eine einstufige Vergasung durch. Einleitung von sauerstoff- und wasserdampfhaltigem
Gas zu 1)ewirken.
Für die Gewinnung des Teeres aus entsprechenden
Brennstoffen hat man sich meist einer besonderen Einrichtung, z. B. einer im Gaserzeuger
vorgesehenen Schwelretorte, bedient, in der der Brennstoff zunächst geschwelt wurde.
Dann wurde der bei der Schwelung gebildete Koks in dem darunterliegenden Generator
üblicher Bauart vergast. Auch zweistufige, mit Sauerstoff und Wasserdampf od. dgl.
als Vergasungsmittel arbeitende Gaserzeugungsverfahren sind bekannt. Bei diesen
wird in der ersten Stufe eine Entgasung und teilweise Vergasung des festen Brennnstoffs
mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Wasserdampf bzw. Kohlendioxyd
vorgenommen und in der zweiten Stufe, die durch Einleiten von Sperrdampf von der
ersten getrennt sein kann, die Vergasung des restlichen Kohlenstoffs mit dem gleichen
Vergasungsmittel durchgeführt. Dabei kann in beiden Stufen mit Gegenstrom von Gut
und Gas gearbeitet werden, oder es wird die erste Stufe im Gleichstrom, die zweite
im Gegenstrom betrieben und das Gas beider Stufen gemeinsam etwa aus der Mitte des
Gaserzeugers abgezogen. Bei diesen Verfahren treten aber in der ersten Vergasungsstufe
recht erhebliche Zersetzungen des Teeres auf, oder es wird in Wassergas- und Doppelgaserzeugern
absichtlich auf Teerzersetzung hingearbeitet.
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Auch wurde schon bei der Schwelung von Brennstoffen im Wirbelbett
mit dem zur unmittelbaren Wärmeübertragung in den Brennstoff geleiteten Heizgas,
dem auch Luft zugesetzt sein konnte, ein Teil des erzeugten Gases in das Wirbelbett
zurückgeführt, um die Temperatur im Wirbelbett zu regeln. Dieses Verfahren ist indessen
nicht geeignet, um aus bituminösen Brennstoffen einen unzersetzten wertvollen Teer
zu gewinnen.
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Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, daß leim Schwelen und Vergasen
in Schachtgaserzeugern, in denen der Brennstoff .durch zwei übereinanderliegende
Vergasungszonen in geschlossener Gutsäule abwärts geführt wird, der zweckmäßig getrocknete
und vorgewärmte Brennstoff in der oberen Zone durch gleichzeitiges Einleiten eines
sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels und eines Teiles der in dieser Zone erzeugten,
zweckmäßig entteerten Gase entgast und teilweise vergast wird, und daß ein Teil
des in der oberen Stufe zugeführten Vergasungsmittels durch den abwärts wandernden
Brennstoff nach unten geleitet, zwischen der oberen und unteren Vergasungszone zusammen
mit dem Gas der letzten abgezogen und der restliche Kohlenstoff des Brennstoffs
in der unteren Zone mit Sauerstoff oder Luft und Wasserdampf und gegebenenfalls
Kohlensäure vergast wird.
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Erfindungsgemäß gelingt es, die Gewinnung von Teer und die Entgasung
des Brennstoffs mit einem äußerst geringen Aufwand an Vergasungsgas durchzuführen
und dadurch .die wertvollen Stoffe in einer verhältnismäßig kleinen Anlage mit einer
einzigen Vergasungsvorrichtung und einem geringsten Aufwand an Kondensationseinrichtungen
restlos zu gewinnen. Man erhält dabei gleichzeitig ein hochwertiges, an gasförmigen
Kohlenwasserstoffen reiches Gas. In der folgenden Vergasungsstufe entsteht aus dem
fixen Kohlenstoff bzw. dem Destillationsrückstand des Brennstoffs ein kohlenwasserstofffreies
Gas, das in seiner Zuammensetzung den verschiedensten Verwendungszwecken, insbesondere
den verschiedenen synthetischen Verfahren, wie Ammoniakerzeugung oder Benzinsynthese,
angepaßt werden kann und das einer wesentlichen Reinigung nicht mehr bedarf, soweit
es nur füf Heizzwecke Verwendung finden soll. In diesem Fall beschränkt sich die
Reinigung und im allgemeinen die Gewinnung von wertvollen Kohlenwasserstoff en od.
dgl. auf das Gas, das in der ersten Vergasungszone entsteht und unmittelbar aus
dieser den Gaserzeuger verläßt und dessen Menge gegenüber der gesamten erzeugten
Gase verhältnismäßig klein ist. Nach der Abscheidung der Koblenwasserstoffe kann
das Gas der ersten Zone, mit dem aus der zweiten Zone ganz oder teilweise vereinigt,
weiterverwendet werden. Die erfindungsgemäße Vergasung in zwei Teilstufen und das
Abziehen eines Teiles des Vergasungsmittels bzw. des damit erzeugten Gases aus der
ersten Stufe nach unten hat den bedeutenden Vorteil, daß infolge d er fortschreitenden
Vergasung des abwärts wandernden Brennstoffs zwischen den Zonen eine entsprechende
Verringerung der Querschnittsbelastung der zweiten Vergasungsstufe erreicht wird,
so daß eine starke Konzentration des Feuers, die zur Verschlackung führt, auch in
der zweiten Zone sicher vermieden wird.
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Die Rückführung eines Teiles des in der oberen Vergasungszone erzeugten
Gases in diese Zone hat dabei den Zweck, .die Teerzersetzung in dieser Zone zu unterdrücken,
so .daß ein Maximum an flüssigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.
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Beispielsweise erfolgt die Behandlung der zu vergasenden Brennstoffe
im Schacht in drei Stufen. Zunächst wird der Brennstoff in an sich bekannter Weise
getrocknet und weitgehend vorgewärmt, um den Wärmebedarf der Entgasung weitestgehend
herunterzusetzen. Anschließend wird der Brennstoff durch Einleiten eines sauerstoff-
und zweckmäßig wasserdampfhaltigen Vergasungsmittels und eines Teiles des in dieser
Zone erzeugten Gases so weit vergast, daß die fühlbare Wärme der Gase ausreicht,
um :den Brennstoff zu entgasen. Das hierbei erzeugte Gas wird getrennt von dem übrigen
gewonnenen Gas aus dem Gaserzeuger abgezogen. Der entgaste und teilweise z. B. nur
bis zu einem geringem Grade vergaste Brennstoff gelangt dann in .die folgende Vergasungszone.
Auf dem Wege von der ersten Vergasungszone in die zweite wird er von einem Teil
des unter die erste Vergasungszone geleiteten gas- und dampfförmigen Mittels durchströmt,
das zusammen mit dem hierbei erzeugten Gas und den Gasen der zweiten Vergasungszone
oberhalb dieser aus dem Gaserzeuger abgeleitet wird. In der zweiten Vergasungszone
erfolgt mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel der letzte Teil der Vergasung.
Der Vergasungsrückstand wird dann unterhalb der Nachvergasungszone
mit
bekannten Mitteln, z. B. einem Verdränger, kontinuierlich ausgetragen und mit bekannten
Schleusenvorrichtungen aus dem Schachtraum entfernt Das Verfahren kann mit Hilfe
der in der Abbildung beispielsweise dargestellten Vorrichtung z. B. wie folgt durchgeführt
werden: Der Schachtofen i, der in eine Trockenzone z, eine erste Vergasungszone
3 und eine Nachvergasungszone q. unterteilt ist, ist mit dem zu vergasenden Brennstoff
angefüllt. Die Brennstoffsäule ruht z. B. auf der aus Tischen und Verdrängern bestehenden
Austragsvorrichtung 5 bekannter Bauart, zu deren Betätigung ein Kurbeltrieb 6 angeordnet
ist. Der durch die Austragsvorrichtung abgeführte Rückstand wird durch eine Schleusenvorrichtung
7 aus dem Schacht entfernt. Die Brennstoffsäule bewegt sich entsprechend der Betätigung
der Austragsvorrichtung 5 nach abwärts, und der Brennstoff wird hierbei in der Trockenstufe
2 zunächst möglichst restlos getrocknet und- auf z. B. i5o bis 2oo° angewärmt, zweckmäßig
unter Anwendung eines gasförmigen Trockenmittels, das auch in bekannter Weise im
Kreislauf geführt werden kann; z. B. werden durch die Zuführungen 13 die
Abgase von Dampfkesselfeuerungen mit Temperaturen von etwa Zoo bis q.00°, z. B.
300°, in die Trockenzone eingeführt. Nachdem diese Gase das zu trocknende Gut durchströmt
haben, können sie oben aus dem Schacht oder, falls dieser oben offen ist, z. B.
durch Gasabführung 1q. abgeleitet, z. B. zur Esse geführt werden. In die Vergasungszone
3 wird ein sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel, z. B. ein Gemisch von Luft und W
asse-rdampf, und ein Teil des in dieser Zone erzeugten, z:«.ec.kmäßig entteerten
Gases durch die Dächer 8 eingeleitet. Es erfolgt eine teilweise Vergasung und durch
die von den Dächern 8 nach den Gasabzügen 9 aufsteigenden Gase eine Destillation
des Brennstoffs. Vom Gasabzug 9 werden die Gase zu einer Kondensationsvorrichtung
geleitet,'in der die gewinnbaren Kohlenwasserstoffe in bekannter Weise abgeschieden
werden. Ein Teil des Gases kehrt wieder in die erste Entgasungszone zurück. Der
entgaste und teilweise vergaste Brennstoff: gelangt .dann in die folgernde Vergasungszone
q., w o durch Einleiten z. B. von sauerstoff- und wasserdampfha.ltigem Vergasungsmittel
durch die Dächer io die, weitere, z. B. möglichst vollständige Vergasung erfolgt.
Das gebildete Gas wird durch die Dächer i i abgeführt und kann gegebenenfalls gemeinsam
mit dem entsprechend behandelten Gas aus der Vergasungsstufe 3 oder vereinigt mit
einem Teil dieses Gases, zweckmäßig nach Abscheidung von Wasserdampf, schwefelhaltigen
Bestandteilen und gegebenenfalls Kohlensäure, einer geeigneten Verwendung, z. B.
einer Synthese oder- einer Feuerung, zugeführt werden.
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Zur weiteren Entlastung der Na,chvergasungszone wird ein Teil des
Vergasungsmittels, das unterhalb der oberen Vergasungszone eingeführt wird, bzw.
ein Teil des damit erzeugten Gases nach unten abgezogen zusammen mit dem Gas aus
der folgenden Vergasungszone. Dadurch wird ein weiterer Teil des abwärts wandernden
Brennstoffs in der Zone zwischen den Dächern 8 und i i vergast, und es ergibt sich
eine entsprechende Verringerung der Querschnittsbelastung der Zone q.. Das wiederum
hat eine wesentliche. weitere Verminderung der Verschlackungsschwierigkeiten, in
dieser Zone zur Folge. Außerdem können die bekannten Mittel zur Verminderung der
Verschlackungsgefahr, z. B. starke Vorwärmung des Vergasungsmittels oder gleichzeitige
Einführung von brennbarem Gas, mit dem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel zur Anwendung
gelangen.
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Erfindungsgemäß kann zwecks Gewinnung eines hochwertigen, z. B. für
die Versorgung vom. Ferngasnetzen geeigneten Starkgases die Vergasung in der oberen
Stufe auch mit einem vorwiegend aus Sauerstoff und Wasserdampf bestehenden stickstoffarmen
Vergasungsmittel durchgeführt werden. Der restliche Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs
kann in diesem Falle z. B. durch Vergasung mit Luft in ein Heizgas nach Art des
üblichen Generatorgases verwandelt werden.
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Man kann aber auch erfindungsgemäß in der unteren Vergasungszone ein
unmittelbar für die Ammoniaksynthese geeignetes Gas mit beschränktem Stickstoffgehalt
erzeugen, z. B. durch Einleitung von mit Sauerstoff angereicherter Luft und Wasserdampf
in dieser Zone. Dieses Gas bedarf dann noch einer Konvertierung des darin enthaltenen
Kohlenoxyds und der üblichen Reinigung. Eine für die Ammonialcsvnthese brauchbare
Gaszusammensetzung kann auch erreicht werden, wenn die Vergasung in der unteren
Zone mit Luft und Wasserdampf erfolgt, aber solche Mengen des in diesem Fall mit
Sauerstoff und. Wasserdampf erblasenen Gases aus der oberen Vergasungszone nach
unten zusammen mit dem Gas aus der unteren Vergasungsz.one abgezogen werden, daß
der gewünschte Stickstoffgehalt erzielt wird.
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Um ein für die Synthese von Methanol oder Kohlenwasserstoffen, z.
B. für die Fischer-Synthese, brauchbares Gas zu erzeugen, kann erfindungsgemäß die
weitere Vergasung mit einem nahezu stickstofffreien Sauerstoff unter Zugabe von
Wasserdampf und gegebenenfalls Kohlensäure durchgeführt werden. Um dabei die Ausbeute
an für die Synthese geeignetem Gas zu steigern, kann das von kon.densierbaxen Kohlenwasserstoffen.
befreite Gas aus der ersten Vergasungszone durch thermische Spaltung ebenfalls in
Synthesegas übergeführt werden.
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Eine für die Durchführung .des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung
besteht z. B. aus einem rechteckigen senkrechten Schacht, der von oben nach unten
in eine Vortrocknungszone, eine erste Vergasungszone und eine folgende Vergasungszone
unterteilt, am unteren Ende mit einer Au:stragsvorrichtung bekannter Bauart und
mit vier übereinanderliegenden Reihen 8, 9, i o, ii von an sich bekannten
dachförmigen Einbauten versehen ist. Diese können zweckmäßig ganz oder teilweise
mit Wasser gekühlt werden und in bekannter Weise
der Zuführung,der
Vergasungsmittel sowie der Abführung der Gase dienen. Die Einführungsdächer 8 für
das Vergasun.gsanittel der oberen Vergasungszone, die in bekannter Weise an eine
Verteilungsleitung für das Vergasungsmittel angeschlossen sind, können auch durch
wassergekühlte, doppelwandige Rohren ersetzt werden, soweit es sich um Zuführung
beschränkter Gasmengen handelt. Die Dächer io für die Zuführung des Vergasungsmittels
in die untere Vergasungszone werden zweckmäßig als in sich abgeschlossene Kanäle
ausgeführt und mit Schlitzen 12 versehen, durch die das Vergasungsmittel in die
Brennstoffsäule eintritt. Die in das Kühlwasser übergehende Wärme kann in bekannter
Weise zur Dampferzeugung oder zur Absättigung der Vergasungsmittel mit Wasserdampf
benutzt werden.