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Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung feinkörniger bituminöser
Stoffe
Es ist bekannt, feinkörnige bituminöse Stoffe, insbesondere Brennstoffe, mittels
fester feinkörniger Wärmeträger zu entgasen, wobei die Wärmeträger aus dem Entgasungsräckstand
der eingebrachten bituminösen Stoffe bestehen. Hierbei werden die Wärmeträger durch
Teilverbrennung mit Luft unter gleichzeitiger pneumatischer Förderung mittels der
Verbrennungsluft bzw. der entstehenden Verbrennungsgase aufgeheizt. Die aufgeheizten
Wärmeträger werden alsdann aus den Verbrennungsgasen abgeschieden und in einem Entgasungsraum
m mit den zu entgasenden bituminösen Stoffen gemischt, so daß durch innige Berührung
zwischen den Wärmeträgern und den zu behandelnden Stoffen die Aufheizung und Entgasung
dieser Stoffe bewirkt werden. Will man viel Entgasungsgas gewinnen, so werden hohe
Temperaturen angewendet.
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Das hat den Nachteil, daß einerseits der bei der Entgasung frei werdende
Teer weitgehend zersetzt wird und daß andererseits Kohlensäure und Wasserdampf,
die bei der Entgasung frei werden, vergasend auf den Entgasungsrückstand bzw. Teer
einwirken können. Da hierbei im Gleichstrom gearbeitet wird, kommen die heißesten
Wärmeträger mit den kalten zu entgasenden Stoffen in Berührung. Die Temperaturen
beider Stoffe gleichen sich
an, wobei auch die bei niedrigeren Temperaturen
frei werdenden Anteile der flüchtigen Entgasungsprodukte ebenfalls auf hohe Temperaturen
erhitzt und der weiteren Zersetzung ausgesetzt werden.
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Es sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen die zu entgasenden Brennstoffe
im Gegenstrom zum Wärmeträger geführt werden. Nach der britischen Patentschrift
620 029 kommen feste Wärmeträger, beispielsweise Metallkugeln, zur Anwendung, die
sich durch Größe und spezifisches Gewicht von dem zu entgasenden Material unterscheiden.
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Nach dem Verfahren dieser Patentschrift wird der Brennstoff in einer
ersten Stufe vor der Entgasung vorgewärmt und getrocknet. Die Behandlung erfolgt
ausschließlich in der zweiten Behandlungsstufe.
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Es sind weiter Verfahren bekanntgeworden, bei denen eine mehrstufige
Entgasung mit Hilfe von gas- oder dampfförmigen Wärmeträgern durchgeführt wird.
Dabei werden heiße Spülgase zunächst durch die kalte Kohle mit dem höchsten Feuchtigkeitsgehalt
geführt oder Generatorgas im Gegenstrom zu den vergasenden Braunkohlenbriketts geleitet.
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Bei stark sauerstoffhaltigen zu entgasenden Stoffen fallen erhebliche
Mengen Kohlensäure an, die das Entgasungsgas verdünnen und seinen Heizwert heruntersetzen,
so daß es z. B. nicht mehr als Stadtgas venvendet werden kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beseitigt diese Mängel dadurch,
daß die Entgasung mittels der feinkörnigen Wärmeträger in zwei Stufen vorgenommen
wird. Die zu entgasenden feinkörnigen bituminösen Stoffe werden in einer ersten
Behandlungsstufe mit Wärmeträgern in direkten Kontakt gebracht, deren Temperatur
und Menge so abgestimmt sind, daß hierbei nur die bei niedrigeren Entgasungstemperaturen
frei werdenden Stoffe ausgetrieben werden. Das Gemisch aus den bei niedrigen Temperaturen
entgasten Stoffen mit den Wärmeträgern wird anschließend in eine zweite Behandlungsstufe
eingebracht, in der es mit einer weiteren Menge aufgeheizter Wärmeträger gemischt
wird, um die weitere Entgasung zu bewirken. Die hierbei anfallenden Gase und Dämpfe
werden getrennt von den Gasen und Dämpfen abgezogen, die ir der ersten Behandlungsstufe
anfallen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein großer Teil der Kohlensäure
e und des Wasserdampfes und gegebenenfalls der Teere bereits bei verhältnismäßig
tiefen Temperaturen aus den bituminösen Stoffen frei wfrd ohne größere Anteile an
sonstigen brennbaren Stoffen, wie Wasserstoff, Kohlenoxyd, Methan u. dgl. Nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, Kohlensäure und gegebenenfalls Teer
im wesentlichen von dem übrigen Entgasungsgas zu trennen.
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Durch Kondensation der in der ersten Behandlungsstufe anfallenden
Gase und Dämpfe kann der Teer weitgehend unzersetzt gewonnen werden. Je nach den
Temperaturen, die in der ersten Behandlungsstufe angewendet werden, kann man in
dieser Stufe die Hauptmenge des Teeres oder auch einen geringeren Teil gewinnen.
Im letzten Falle gelangen die restlichen teerbildenden Stoffe in die zweite Stufe,
der sie entweder als Teer oder als Zersetzungsprodukte des Teeres entnommen werden
können.
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Ist die Teererzeugung unerwünscht und wird eine hohe Ausbeute an
wertvollem Gas vorgezogen, so kann der in der ersten Behandlungsstufe anfallende
kondensierte Teer zusätzlich in die zweite Behandlungsstufe eingebracht und dort
bei hoher Temperatur zersetzt werden.
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Die beiden BehandLungsstufen erhalten nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung vorteilhaft einen gemeinsamen Kreislauf von Wärmeträgern, wobei jedoch
nur ein Teil der Wärmeträger in die erste Behandlungsstufe eingebracht wird. Nach
der ersten Behandlungsstufe fließt das Gemisch aus Wärme trägern und vorentgasten
Stoffen in die zweite Behandlungsstufe, in die zugleich weitere Mengen des aufgeheizten
Wärmeträgers eingeführt werden und in der die Entgasung fortgesetzt wird. Aus der
zweiten Stufe gelangt das Gemisch von Wärmeträger und Entgasungsrückstand in eine
pneumatische Förderstrecke und wird durch Teilverbrennung wieder auf die für die
Entgasung erforderliche Temperatur erhitzt.
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Ist die Aufgabe gestellt, den Teer möglichst unzersetzt zu gewinnen,
und soll mit der Entgasung in der zweiten Stufe eine Vergasung verbunden werden,
so ist es vorteilhaft, aus den in der ersten Behandlungsstufe anfallenden Gasen
und Dämpfen den Teer-zu kondensieren und die restlichen, vorwiegend Kohlensäure,
Methan und gegebenenfalls Wasserdampf enthaltenden Gase in die zweite Behandlungsstufe
einzuführen, in der die Gase ohne oder mit zusätzlicher Einführung von Wasserdampf
und/oder Kohlensäure als Vergasungsmittel dienen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher
erläutert, in der eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
schematisch und beispielsweise dargestellt ist.
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I ist der Schacht der ersten und 2 der Schacht der zweiten Entgasungsstufe.
3 ist die pneumatische Förder- und Aufheizstrecke der Wärmeträger, 4 der Abscheide
und Sammelraum für die aufgeheizten Wärmeträger. Die im Sammelraum 4 abgeschiedenen
aufgeheizten Wärmeträger fließen stetig durch die Verengung 5 in den Entgasungsschacht
I, wobei die zufließende Menge z. B. durch ein Regelorgan, wie Schieber 6, gesteuert
wird. Die zu entgasenden feinkörnigen bituminösen Stoffe werden durch die Leitung
7 zugeführt und durch Mischeinrichtungen bekannter Bauart 17, wie Mischschnecke,
Drehteller od. dgl., den Wärmeträgern beigemischt.
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Durch innige Berührung mit den Wärmeträgern werden die bituminösen
Stoffe aufgeheizt und entsprechend den sich einstellenden Temperaturen entgast.
Der Grad der Entgasung kann dabei durch Temperatur und Menge der Wärmeträger entsprechend
abgestimmt werden.
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Die frei werdenden Gase und Dämpfe ziehen bei 8 aus dem Schacht I
ab und werden je nach Zusammensetzung und Verwendungszweck direkt ins
Freie
geleitet bzw. einer Feuerung zugeführt oder in einer Reinigungs- und Kondensationsanlage
behandelt.
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Das Gemisch aus Wärmeträgern und vorentgasten Stoffen gelangt aus
dem Schacht I durch die Verengung 9 in die Entgasungsstufe 2, wobei der Zufluß durch
ein Regelorgan od. dgl., z. B. Schieber 10, gesteuert werden kann. Diesem Gemisch
werden durch die Leitung 11 aufgeheizte Wärmeträger aus dem Sammelraum 4, vorteilhaft
mit Hilfe der Mischeinrichtuhg I8, beigegeben. Die in enge dieser Wärmeträger wird
in bekannter Weise durch ein Regelorgan, z. B. Schieber I2, je nach Bedarf eingestellt.
Durch innige Berührung der vorentgasten Stoffe mit den stark erhitzten Wärmeträgern
werden die ersten auf die gewünschte höhere Temperatur erhitzt und weiter entgast.
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In den Schacht 2 kann bei Bedarf der in der ersten Entgasungsstufe
abgeschiedene kondensierte Teer oder ein Teil des Teeres eingeführt werden, um dessen
weitgehende Zersetzung und eine zusätzliche Gasbildung zu erreichen.
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Die erzeugten Gase und Dämpfe verlassen hei I3 den Entgasungsraum
2 und werden einer Reinigungs- und Kondensationsapparatur zugeführt.
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Das Gemisch aus Wärmeträgern und entgasten bituminösen Stoffen fließt
aus dem Schacht 2 durch die Verengung 14 stetig in den Unterteil der pneumaischen
Förderung 3, wobei z. B. der Schieber I5 od. dgl. Regelorgane den Zufluß steuern.
In die pneumatische Förderleitung 3 strömt von unten kalte bzw. vorgewärmte Luft
ein und trägt das eingebrachte Gemisch aufwärts, wobei die Luft den Koksrückstand
der entgasten bituminösen Stoffe teilverbrent und dadurch die Aufheizung der festen
Stoffe bewirkt. Die mit den feinkörnigen Stoffen beladenen Gase gelangen hei I6
in den Abscheideraum 4 und geben durch einfaches Absinken der Gasgeschwindigkeit
bzw. durch Zyklonwirkung od. dgl. die feinkörnigen Stoffe ab, die alsdann den Kreislauf
neu beginnen. In den Gasen bleihen die feinsten Anteile der festen Stoffe zurück
und werden mit den Gasen einer Feuerung 19 zugeführt, um dort die fühlbare und chemisch
gebundene Wärme der Aufheizgase und der darin befindlichen Schwebestoffe nutzbar
zu machen. Als Wärmeträger wird vorteilhaft der Entgasungsrückstand der bituminösen
Stoffe selbst benutzt. Ist dieser zu feinkörnig, so kann auch irgendein anderer
temperatur- und formbeständiger Stoff in einer Körnung von z. B. o bis 4 mm, vorzugsweise
0,5 bis 2 mm, als Wärmeträger verwendet werden. Hierzu eignen sich z. B. Sand, Schamotte,
Silikate, Metalioxyde, Metalle, Koksgrus od. dgl.
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Beispiel Braunkohle in einer Körnung von z. B. o bis 4 mm mit einem
Wassergehalt von z. B. I20/o soll entgast werden, wobei das Entgasungsgas einen
möglichst hohen Heizwert aufweisen und für Stadtgaszwecke geeignet sein soll. Diese
Braunkohle wird zunächst mit einer gewissen Menge von z. B. auf 9500 aufgeheizten
Wärmeträgern gemischt und dadurch getrocknet und z. B. auf etwa 4000 erhitzt unter
gleichzeitiger Abkühlung der Wärmeträger auf ebenfalls 400°. Bei dieser Behandlung
verdampft einerseits die Feuchtigkeit von 12% der Braunkohle und der größte Teil
des chemisch gebundenen Wassers von z. B. etwa 5%, andererseits wird der größte
Teil des Teeres in einer Menge von z. B.
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I0°/o und zugleich ein permanentes Gas einer Zusammensetzung von z.
B.
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CO2 ................ 700/0 @@@2.................@ CnHm.................
3% CO................... 9% H2................... 6% CH4.................. 6% N2...................
6% und in einer Menge von z. B. 42 Nm3/t Braunkohle mit einem oberen Heizwert von
beispielsweise 1627 kcal/Nm2 frei.
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Darauf wird das Gemisch aus vorentgaster Braunkohle mit den Wärmeträgern
in der zweiten Entgasungsstufe mit einer größeren Menge von auf 9500 erhitzten Wärmeträgern
gemischt, so daß sich eine Mischtemperatur von z. B. goo0 einstellt. Die vorentgaste
Braunkohle wird hierbei weitgehend entgast und gibt z. B. weitere 1,5 0/o von chemisch
gebundenem Wasser, weitere 20/0 Teer und permanente Gase ab. Der Teer wird beim
Entstehen zersetzt. Außerdem ist es vorteilhaft und dient der Erhöhung des Heizwertes
des anfallenden Gases, wenn der in der ersten Entgasungsstufe angefallene kondensierte
Teer zwecks Zersetzung in die zweite Entgasungsstufe eingeführt wird. Dann kann
folgendes Gas in einer Menge von z. B. 460 Nm3/t Braunkohle mit einem oberen Heizwert
von z. B.
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4240 kcal/Nm3 und mit folgender Zusammensetzung erhalten werden: CO2..................
12,0% CnHm................. 3,5% CO................... 16,0% H2...................
44,0% CH4 I 8, o °/o 18,00/0 N2 .................... 6,5% Es wird also ein Gas erzeugt,
das den Stadtgasnormen entspricht. Würde die Entgasung ausschLießlich in einer Stufe
vorgenommen werden, so würde bereits das permanente Gas der ersten Entgasungsstufe
den Heizwert des anfallenden Gases um etwa I60 kcal/Nm3 senken. Dazu würde die in
der ersten Entgasungsstufe abgeschiedene Kohlensäure und der Wasserdampf vergasend
auf den Teer und den Koksrückstand einwirken und durch Bildung von zusätzlichen
Mengen Kohlenoxyd und Wasserstoff den Heizwert des Gases noch weiter herabsetzen.
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Es sind auch noch andere Schaltungen des Wärmeträgerumlaufs möglich.
Beispielsweise kann in besonderen Fällen die Aufheizung der Wärmeträger für die
erste und für die zweite Entgasungsstufe getrennt ausgeführt werden, und/oder es
können die Wärmeträger in den einzelnen Stufen mit verschiedene Temperaturen zur
Anwendung
gelangen. Man kann auch die erhitzten Wärmeträger zuerst
durch die zweite Stufe und einen Teilstrom aus der zweiten Stufe in die erste Stufe
geben.