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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von feinkörnigem Koks aus bituminösen
Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines feinkörnigen festen,
koksähnlichen Brennstoffes aus bituminösen festen Brennstoffen, insbesondere auch
solchen, die bei normaler Temperatur fest sind, aber bei erhöhter Temperatur erweichen
bzw. flüssig werden, wie Pech, Asphalt, Erdölrückstände, bituminöse Kohle u. dgl.
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Pech, insbesondere Steinkohlenpech, wird in großem Maßstabe in einen
festen koksähnlichen Rückstand durch die sogenannte trockene Destillation umgewandelt.
Hierunter versteht man im allgemeinen die Erhitzung des Brennstoffes unter Luftabschluß
in einer Retorte oder Kammer; die von außen beheizt wird, z. B. einer waagerechten
Kammer von der Art, wie sie beispielsweise auch zur Erzeugung von Koks aus backenden
Kohlen benutzt wird. Meist wird das Pech vor dein Einführen in die Entgasungskammer
geschmolzen und in flüssigem Zustand in die Kammer eingebracht. Die Umwandlung von
Pech in einen koksähnlichen Rückstand auf diesem bekannten Wege bereitet jedoch
erhebliche Schwierigkeiten und kann nur in vergleichsweise teuren und verwickelten
Einrichtungen und Apparaturen ausgeführt werden.
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Der beim Entgasen von Pech anfallende Rückstand ist ein wertvolles
Erzeugnis, weil er fast frei von mineralischen Bestandteilen (Asche) ist. Infolgedessen
kann der Rückstand mit großem Vorteil
z. B. für die Erzeugung von
Elektroden verwandt werden, die für die Gewinnung von Aluminium u. dgl. aus Tonerde
durch Elektrolyse im Schmelzfluß benötigt werden. Da der Bedarf von reinem Kohlenstoff
für diese Zwecke beträchtlich ist, hat man bisher die Mängel der bekannten Umwandlung
von Pech in den vielfach als Pechlooks bezeichneten Rückstand in Kauf nehmen müssen.
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Es ist in der Technik schon mehrfach versucht worden, bituminöse Brennstoffe,
insbesondere auch solche in Staubform, durch Behandlung mit heißen sauerstofffreien
oder auch sauerstoffhaltigen Gasen so zu behandeln, daß ein kohlenstoffhaltiger
Rückstand entsteht. Dabei hat man zum Teil den Brennstaub in einem Reaktionsraum
heißen Gasen entgegenfallen lassen; zum Teil hat man ihn mit heißen Gasen - wie
Luft oder Stickstoff oder Wasserdampf - zu verblasen versucht. Alle Versuche dieser
Art sind jedoch entweder an der mangelnden Wirtschaftlichkeit - zu geringer Durchsatz
- oder an technischen Schwierigkeiten gescheitert, die vor allem in dem Erweichen
und Zusammenbacken des Brennstaubes bei der Erhitzung begründet sind.
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Es wurde nun durch praktische Untersuchungen gefunden, daß man zur
Herstellung eines feinkörnigen I-okses aus solchen bituminösen Stoffen, die bei
niedriger Temperatur fest sind, bei erhöhter Temperatur jedoch erweichen bzw. sich
verflüssigen, eine Reihe von Bedingungen einhalten muß, ohne die die gestellte Aufgabe
nicht oder nicht befriedigend gelöst werden kann.
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r. Die Reaktion muß in der Schwebe stattfinden, d. h. in einem von
Einbauten od. dgl. freien Raum, durch welchen sich der von einem Trägergas getragene
Brennstaub im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung wie das
Gas selbst bewegt.
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a. Die Suspension aus Trägergas und Brennstoff muß äußerst homogen
sein. Es wurde gefunden, daß man eine ausreichend schnelle Verkokung bzw. Entgasung
des Brennstoffes in einem Schwebeverfahren nur dann erreicht, wenn der Brennstoff
möglichst homogen verteilt ist, so daß auch in sehr kleinen Teilvolumina der eingeblasenen
Suspension gleiches Verhältnis Brennstoff zu Trägergas herrscht. Nur dann nämlich
werden alle Brennstoffteilchen nach ihrem Eintritt in den Reaktionsraum praktisch
gleichzeitig und in vergleichsweise kurzer Zeit entgast, so daß man mit vergleichsweise
kleinen Reaktionsräumen auskommt.
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3. Das Trägergas muß exotherm mit dem Brennstoff reagierende Bestandteile
enthalten, und vor allem muß es kalt sein. Die Verwendung eines freien Sauerstoff
enthaltenden Trägergases hat die Wirkung, daß jedes Brennstoffteilchen von Sauerstoff
sozusagen eingehüllt ist, so daß es nach seinem Eintritt in den Reaktionsraum und
nach erfolgter Zündung ausreichend Sauerstoff in unmittelbarer Nähe vorfindet.
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4. Um durch die Verwendung eines kalten Trägergases keine unerwünscht
lange Zündzeit zu erhalten, muß gleichzeitig mit der kalten Gas-Brennstaub-Suspension
ein heißes Zündgas eingeblasen werden, welches, abgesehen von der Zündung, auch
eine entgasende Funktion hat.
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Ein wesentliches Ziel der Erfindung erstreckt sich also auf die Entwicklung
von verbesserten Verfahren und Einrichtungen, welche die Erzeugung eines koksähnlichen,
reinen, festen Rückstandes aus Pech und anderen bituminösen Brennstoffen gestatten,
ohne daß diese Brennstoffe vor ihrer Entgasung erhitzt oder die Entgasung in von
außen beheizten Kammern oder Retorten durchgeführt werden müßte.
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Ein anderes wichtiges Ziel der Erfindung erstreckt sich darauf, bei
der Verkokung oder Entgasung der genannten bituminösen Brennstoffe ein wertvolles
Kohlenoxyd und gegebenenfalls Wasserstoff enthaltendes Gas zu gewinnen, das für
die Synthese von Kohlenwasserstoffen und für andere Zwecke brauchbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun im wesentlichen darin,
daß der feinzerkleinerte Brennstoff in Form einer möglichst homogenen Suspension
mit einem kalten Trägergas, das erst bei erhöhter Temperatur exotherm mit dem Kohlen=
stoffgehalt des Brennstoffes reagiert, in einen auf erhöhter Temperatur gehaltenen
Reaktionsraum eingeblasen und die eingeblasene Suspension bei ihrem Eintritt in
den Reaktionsraum mit einem heißen Gas derart in Berührung gebracht wird, daß der
suspendierte Brennstoff seine flüchtigen Bestandteile mindestens so weit abgibt,
daß der sich bildende, mindestens teilweise entgaste, feine Koks beim Absetzen nicht
mehr agglomeriert.
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Die Brennstoffteilchen schweben also bei dein Verfahren gemäß der
Erfindung während der Entgasung in einem gasförmigen Medium und bewegen sich mit
diesem im Gleichstrom oder im wesentlichen im Gleichstrom durch dieEntgasungskammer
oder einen Teil derselben, bevor sich die Brennstoffteilchen in entgastem Zustand
absetzen.
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Man kann gemäß der Erfindung beispielsweise folgendermaßen verfahren:
Der feinzerkleinerte Brennstoff wird mit einer beschränkten Menge eines exotherm
mit Kohlenstoff reagierenden gasförmigen Mediums möglichst homogen gemischt, wobei
die Menge dieses Mediums vorteilhaft so gering bemessen wird, wie notwendig ist,
um den Brennstoff in eine Entgasungskammer in Form eines Strahles einzublasen. Nach
dem Eintritt dieses Strahles in den Entgasungsraum wird dem Gemisch von Brennstoff
und gasförmigem Medium ein auf hoher Temperatur befindliches Zündmedium zugesetzt,
beispielsweise hocherhitztes Abgas oder auch erhitzte Luft. Durch den Zutritt des
heißen Zündmediums zu dem Gemisch von Brennstoff und dem exotherm reagierenden Medium
werden die Brennstoffteilchen erhitzt derart, daß die Entgasung fast gleichzeitig
an allen Brennstoffteilchen des in die Kammer eintretenden Gemisches beginnt. Die
aus den Brennstoffteilchen entweichenden flüchtigen Bestandteile, d. h. im wesentlichen
Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff, reagieren dann mit dem Sauerstoff, und durch
diese stark exotherme Reaktion
wird die Temperatur der Brennstoffteilchen
derart gesteigert, daß auch der Rest der flüchtigen Bestandteile aus ihnen entweichen
kann.
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Welcher Art das exotherm mit Kohlenstoff reagierende gasförmige Medium
ist, mittels dessen der feinzerkleinerte Brennstoff in die Entgasungskammer eingeblasen
wird, hängt davon ab, welche Zusammensetzung das bei dem Verfahren auftretende Gas
haben soll. Wenn man Luft benutzt, erhält man ein Gas, das beträchtliche Mengen
Stickstoff besitzt. Erhöht man den Sauerstoffgehalt unter entsprechender Verminderung
des Stickstoffgehaltes, so wird ein stickstoffarmes oder sogar stickstofffreies
Endgas erhalten, welches für beliebige Zwecke, insbesondere auch für die Synthese
von Kohlenwasserstoffen, benutzt werden kann. Te nach der Höhe der Temperatur, die
angewandt wird, werden dabei die aus dem Brennstoff ausgetriebenen Kohlenwasserstoffe
zersetzt, wobei Wasserstoff und Kohlenstoff entstehen. Soweit der Kohlenstoff sich
nicht mit dein zugesetzten gasförmigen Verbrennungsmedium umsetzt, kann er in elementarer
Form zusammen mit dem entgasten festen Brennstoff aus dem Gas abgeschieden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur 1--,ritgasung von Pech, Erdölrückständen,
Asphalten, bituminösen Kohlen od. dgl. brauchbar. Wesentlich ist, daß der Brennstoff
bei normaler Temperatur so fest ist, daß er durch Mahlen od. dgl. zerkleinert werden
kann und daß er andererseits bei höherer Temperatur erweicht oder flüssig wird.
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Die Korngröße, mit welcher der Brennstoff in die Entgasungskammer
eingeführt wird, hängt von den Anforderungen ab, die an den entgasten Rückstand
gestellt werden. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, die Korngröße so zu wählen,
daß möglichst alle Partikeln durch ein Siel) gehen, .dessen Maschen eine Weite von
etwa 2 inin besitzen. Werden dem Verfahren grobkörnigere Brennstoffe unterworfen,
so können unter Umständen die gröberen Körner nicht ganz entgasen, ein Umstand,
der indessen für manche Verwendungszwecke ohne Bedeutung ist.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Vorrichtung im wesentlichen schematisch dargestellt.
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Der zu verarbeitende Brennstoff gelangt, auf die erforderliche Korngröße
vermahlen, zunächst in die Vorratsbunker i. Aus diesen rutscht er kontinuierlich
in eine Mischeinrichtung 2, der bei 3 ein unter geeignetem Druck stehendes gasförmiges
Medium, welches exotherm mit festem Kohlenstoff zu reagieren vermag, zugeführt wird.
In der Einrichtung 2 bildet sich aus dem feinverteilten Brennstoff und dem gasförmigeiiMedium
ein homogenes Gemisch, welches durch die Rohrleitung q. in den unteren Teil 5 der
Entgasungskammer in Form eines Strahles eingeblasen wird.
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Die Eintrittsöffnung 6 für das Brennstoffgasgemisch ist zweckmäßig
mit einer Wasserkühlung versehen. Sie mündet im wesentlichen zentral in eine konisch
sich erweiternde Nische 7 und ist umgeben von einer ringförmigen Düse 8, durch welche
ein heißes, gasförmiges Medium aus dem Kanal 9 in den Entgasungsraum 5 austreten
kann. Das heiße Gas kann beispielsweise durch Verbrennen eines Brenngases mit Luft
oder Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt in Brennern 1o erzeugt werden,
die in die Kanäle 9 münden.
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Die Temperatur des zugesetzten heißen Gases sollte beim Austritt aus
der Ringdüse 8 etwa 120o bis 150o° C betragen. je nach den Eigenschaften des Brennstoffes
kann diese Temperatur unter Umständen auch niedriger sein.
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Die Düsenöffnung 6 und die Ringdüse 8 werden so zueinander in der
Nische 7 angeordnet, daß eine Injektorwirkung entsteht, durch welche das heiße Gas
in den Strahl des Gemisches von exotherm mit Kohlenstoff reagierendem Medium und
feinverteiltem festem Brennstoff eingesaugt wird, ähnlich wie bei einer Wasserstrahlpumpe.
Dadurch wird eine schnelle Vermischung erreicht und die Entgasung an allen Teilen
des Brennstoffes gleichzeitig eingeleitet, so daß das Endprodukt gleichmäßig entgast
ist.
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Der Teil 5 des Entgasungsraumes kann beispielsweise die Form eines
senkrechten Zylinders haben, in den eine Reihe von Nischen 7 mit je einer Brennstoffzuführung
und den anderen beschriebenen Einrichtungen münden. Innerhalb dieser Nischen mag
im Betrieb eine Temperatur von beispielsweise 1200° C aufrechterhalten werden. Daher
ist es vorteilhaft, die Wände i i der Kammer 5 aus einem feuerfesten Material herzustellen.
Nach oben erweitert sich die Kammer 5 in einen Raum 36, in dessen Kuppeldecke 12
der Gasabzug 13 angeordnet ist.
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Der Boden der Kammer 5 wird von einem wassergekühlten konischen Teil
14 gebildet, in welchem die Abzugsöffnung 15 für den entgasten Brennstoffrückstand
angeordnet ist. Die Öffnung 15 wird gesperrt von einem Absperrschieber 16 und führt
zu einer Austrageeinrichtung 17, beispielsweise einem Zellenrad, welches den entgasten
Brennstoffrückstand kontinuierlich oder absatzweise in eine Rohrleitung 18 abgibt,
in welcher der feinverteilte Brennstoffrückstand durch ein bei 19 eingeblasenes
Druckmittel zur weiteren Verwendung wegtransportiert wird.
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Durch die Abzugsöffnung 13 zieht das in der Kammer 5 entstandene Gas
in eine mit feuerfestem Material ausgekleidete Rohrleitung 2o ab, die zu einem hier
als Dampfkessel ausgebildeten Wärmeaustauscher 21 führt. Die Temperatur der Gase
wird hier zweckmäßig auf etwa 300° C erniedrigt.
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Teile des festen Brennstoffes, die von den Gasen aus der Kammer 5
und deren oberer Erweiterung 36 mitgerissen werden, können sich in einem Staubfänger
22 unterhalb des Dampfkessels 21 absetzen und von dort durch die Einrichtung 23
in eine pneumatische Transportleitung 2.4 abgezogen werden, ähnlich der Leitung
18.
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Das Gas strömt aus dem Staubfänger 22 durch dieRohrleitung 25 in eine
elektrische Gasreinigungsanlage 26, in welche es mit einer Temperatur von etwa 20o°
C eintritt. Diese Temperatur kann unter Umständen durch Zusatz von kaltem Gas, z.
B. in
dieRohrleitung 25, gesichert werden. Die elektrische Gasreinigungsanlage
26 ist in üblicher Weise ausgebildet, so daß sich eine nähere Beschreibung dieser
an sich bekannten Anlage erübrigt. In der Einrichtung 26 werden aus dem Gas die
letzten Anteile des brennbaren Staubes und der etwa entstandenen feinverteilten
Asche in das Austragegefäß 27 abgezogen, von wo sie in die pneumatische Förderleitung
28 gelangen.
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Das entstandene Gas, welches praktisch frei von festen Bestandteilen
ist, wird schließlich durch die Rohrleitung 29 abgezogen und entweder ins Freie
entlassen oder zu weiterer Verwendung an andere Stellen abgeleitet.