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Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Starkgas aus bituminösen
Brennstoffen Die Erzeugung von Starkgas aus Brennstoffen war bisher entweder mit
einem erheblichen Anfall an Koks verbunden, für den nicht immer ein geeigneter Absatz
gefunden werden konnte, oder man bediente sich des periodisch arbeitenden Wassergasprozesses,
mit dem jedoch bisher kein genügend hoher Heizwert des Gases erzielt werden konnte,
um die bisherigen Verfahren der Gasanstalten mit ihrem hohen Koksanfall zu ersetzen.
Neuere Vorschläge, ein Starkgas durch kontinuierliche Vergasung mittels reinen Sauerstoffs
zu erzeugen, scheitern an den zu hohen Kosten des stark konzentrierten Sauerstoffs,
der für die Erzeugung eines hochwertigen Gases notwendig wäre.
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Es sind auch Verfahren bekannt geworden, in denen Wassergas dadurch
erzeugt wird, daß durch Brennstoffe, die in von außen beheizten Kammern oder Schächten
erhitzt werden, Wasserdampf geleitet wird. Hierbei muß aber die ganze Wärme für
die Umsetzung des Wasserdampfes in Wassergas durch indirekte Beheizung aufgebracht
werden. Da die Außenbeheizung von Stoffen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wie
Kohle ohnehin schwierig und nur mit schlechtem Wirkungsgrad durchführbar ist, wird
der Gesamtwärmewirkungsgrad der bekannten Verfahren naturgemäß ein ziemlich geringer.
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Gemeinsam haben alle mit Erzeugung von Wassergas arbeitenden Verfahren
den großen Nachteil, daß das erzeugte Gas sehr reich an Kohlenmonoxyd und deshalb
sehr giftig ist.
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Es ist ferner bekannt, in außenbeheizten Reaktionskammern den staubförmig
eingeführten Brennstoff mit Wasserdampf unter Zusatz von Luft oder Sauerstoff zu
vergasen. Das Verfahren benötigt aber immerhin noch einen großen Aufwand einerseits
an Sauerstoff und andererseits an Brennstoff für die Beheizung der Reaktionskammern,
und auL3erdetn ergibt sich ein Gas von relativ niedrigem Heizwert. Der letzte Nachteil
tritt in noch höherem Maße auf, wenn nach einem anderen bekannten Vorschlage der
Brennstoff in besonderen Generatoren teilweise vergast wird, indem nur so viel Luft
oder Sauerstoff in Mischung mit Wasserdampf in den Vergaserschacht eingeleitet wird,
daß die erzeugte Wärme gerade ausreicht, um den Brennstoff vor der Vergasung einer
der Leuchtgasherstellung ähnlichen trockenen Destillation zu unterwerfen.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß eine wirtschaftliche
Erzeugung von Starkgas durch Vergasung von Brennstoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft in von außen beheizten Kammern nur möglich ist, wenn dafür gesorgt wird, daß
das erblasene Gas einen sehr hohen Heizwert hat, daß der Sauerstoffverbrauch für
die Einheit
des erblasenen Gases so niedrig wie möglich gehalten
wird, und daß ferner die wegen hoher Wärmeverluste an sich teure Außenbeheizung
der Reaktionskammer durch weitgehende Herabsetzung der für die Vergasung erforderlichen
Wärme und durch Benutzung von im Verfahren selbst anfallenden und deshalb billigen
Brennstoffen als Heizmittel verbessert wird. Diesen Forderungen wird erfindungsgemäß
dadurch genügt, daß bei der kontinuierlichen Vergasung von Brennstoffen in von außen
beheizten Reaktionskammern mit dem als Vergasungsmittel benutzten Gemisch von Wasserdampf
und Sauerstoff nur ein Teil des eingeführten Brennstoffes vergast wird, und daß
der nicht vergaste Teil aus der Reaktionskammer entnommen und für Heizzwecke, insbesondere
zur Beheizung der Reaktionskammer, und zur Erzeugung des für die Vergasung benutzten
Dampfes verwendet wird. Werden die brennbaren Rückstände der Teilvergasung im Verfahren
selbst verwertet, so ergibt sich, abgesehen von einer Vereinfachung der Feuerungs-
und Brennstofftransporteinrichtungen, der Vorteil, daß man bituminöse Brennstoffe
selbst in Form minderwertigen Staubes verwenden kann, da ja selbst minderwertige
Vergasungsrückstände für die Außenbeheizung der Reaktionskammern noch vorzüglich
geeignet sind, während. die Verkokung derartiger Brennstoffe nach anderen Verfahren
bisher an der ungelösten Frage der anderweitigen Verwertung des minderwertigen Koks
scheiterte. Dadurch, daß erfindungsgemäß in der außenbeheizten Reaktionskammer nur
eine teilweise Vergasung des Brennstoffes mit Sauerstoff stattfindet, braucht dem
Brennstoff durch, die Kammerwände nur noch verhältnismäßig wenig Wärme zugeführt
werden. Trotzdem wird das erblasene Gas sehr heizkräftig, da es zum großen Teil
aus den flüchtigen Produkten, die bei der thermischen Zersetzung des Brennstoffes
vor der Vergasung entstehen, und den Produkten der Reaktion des Wasserdampfes mit
dem Kohlenstoff besteht, für die die von außen zugeführte Wärme fast restlos aufgebraucht
wird. Der nicht vergaste Brennstoff kann für den Endzweck der Starkgaserzeugung,
z. B. zur Beheizung der Reaktionskammern, zur Dampferzeugung, zur Krafterzeugung
für die Sauerstoffherstellung und Erhitzung des Sauerstoff - Waserdampf - Gemisches
nutzbar gemacht werden, ohne daß die Verbrennungsprodukte den Heizwert des Starkgases
ungünstig beeinflussen, wie dies bei den bekannten Wassergasverfahren der Fall ist.
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Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens werden vorteilhaft
noch eine Reihe von zusätzlichen Maßnahmen angewendet, die in gleicher Weise wie
die Erfindung teils darauf abzielen, die Gasausbeute liei gleichem Sauerstoffverbrauch
zu erhöhen, teils der besseren Ausnutzung der dem Verfahren von außen zugeführten
Wärme oder beiden Zwecken dienen.
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Die Gasausbeute kann zunächst dadurch erhöht werden, daß die teerigen
Bestandteile der Entgasungsprodukte weitgehend aufgespalten werden. Zu diesem Zweck
wird z. B. das Reaktionsgas, das die Entgasungsprodukte aufnimmt, in bekannter Weise
in gleicher Richtung wie der Brennstoff durch die Reaktionskammern geführt, so daß
die Entgasungsprodukte verhältnismäßig hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Es
läßt sich aber die Aufspaltung der Entgasungsprodukte auch erreichen, wenn das Reaktionsgas
im Gegenstrom zum Brennstoff durch die Reaktionskammern geführt wird, dadurch daß
die Entgasungsprodukte zusammen mit dem Brennstoff Stellen höherer Temperatur durchwandern.
Ferner kann das Reaktionsgas mit den Entgasungsprodukten wiederholt durch die Reaktionskammern
geführt werden, bevor es nach der Reinigungsanlaze abströmt. Durch diese letzte
bei anderen Verfahren an sich bekannte Maßnahme wird naturgemäß die weitgehendste
Aufspaltung der flüchtigen Entgasungserzeugnisse herbeigeführt.
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Wird das Verfahren gemäß der Erfindung so geleitet, daß das Bitumen
des Brennstoffes bei der Gaserzeugung einer weitgehenden Zersetzung unterworfen
wird, so ergeben sich noch besondere Vorteile bezüglich der Erhöhung der Gasausbeute
und des Heizwertes der Gase aus der Verwendung bituminöser Brennstoffe. Insbesondere
wird durch den starken Anteil von gespaltenen Entgasungsprodukten, den derartige
bituminöse Brennstoffe liefern, der Wasserstoffgehalt des Endgases wesentlich erhöht
und der Kohlenoxydgehalt entsprechend herabgesetzt. Aber auch wenn die Zersetzung
des Bitumens nicht in so hohem Ausmaße angestrebt, d. h. die Wassergasreaktion durch
entsprechende Bemessung der indirekten Wärmezufuhr und des Verhältnisses Wasserdampf
zu Sauerstoff im Vergasungsmittel bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, entsteht
ein wasserstoffreiches Gas, da bei niedriger Temperatur die Wassergasreaktion bekanntlich
unter erhöhter Umsetzung von Kohlenmonoxyd und Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlensäure
verläuft.
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Ferner hat es sich gezeigt, daß die Wassergasreaktion bei bituminösen
Braunkohlen bei erheblich niedrigeren .Temperaturen verläuft als bei anderen Brennstoffen,
wie Steinkohle oder Ligniten, bei denen sich infolgedessen
eine
genügende Erhitzung der -Reaktionskamtnern schwerer erreichen läßt als bei Braunkohlen.
Von besonderem Vorteil ist es, solche Braunkohlen zu verwenden, bei denen der Gehalt
an fixem Kohlenstoff in der Trockenkohle verhältnismäßig gering ist gegenüber dem
Gehalt an flüchtigen gasbildenden. Bestandteilen. Während z. B. bei Steinkohlen
auf 25 bis 35 % flüchtige Bestandteile etwa 7o bis 6o % an fixem Kohlenstoff
kommen, kann bei Braunkohlen in günstigen Fällen mit 55 °/o flüchtigen Bestandteilen
und nur 35 °/o an fixem Kohlenstoff gerechnet werden. Derartige Brennstoffe ergeben
nicht nur ein sehr heizkräftiges, sondern auch ein hoch wasserstoffhaltiges Gas.
Infolge der niedrigen Temperaturen, bei denen die Wassergasreaktion bei Braunkohlen
verläuft, tritt dabei außerdem eine erhebliche Steigerung der Ammoniakausbeute ein.
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Durch die Erfindung wird es möglich, im kontinuierlichen Betrieb ein
Gas von 4ooo WE aus bituminösen Brennstoffen, wie Steinkohle, Braunkohle und Torf,
zu erzeugen.
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Zwecks weiterer Erhöhung des Heizwertes des erzeugten Gases und der
Gasausbeute können diesem natürlich auch in bekannter Weise Zersetzungsgase aus
Teeren, Teerölen u. dgl. zugemischt werden. Vorteilhaft werden hierzu die aus dem
erzeugten Starkgas selbst abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe verwendet oder die bei
der Krackdestillation dieser Kohlenwasserstoffe entstehenden pertnanenten Gase.
Es kann auch die Karburierung in bekannter Weise durch Einspritzen von vergasungsfähigen
Kohlenwasserstoffen in das für die Zersetzung noch genügend heiße erzeugte Starkgas,
das aus den Vergasungskammern abzieht, bewirkt werden.
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Werden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wasserhaltige Brennstoffe
verarbeitet, so wird zweckmäßig dafür gesorgt, daß die Verdampfung des Feuchtigkeitsgehaltes
des Brennstoffes den Vergasungsprozeß selbst nicht belastet. Denn die Wärme, die
für Wasserverdampfung aufgebraucht wird, wird größtenteils dem Vergasungsprozeß
entzogen, was sich insbesondere dahin auswirkt, daß ein Gas mit höherem Kohlendioxyd-
und geringerem Wasserstoffgehalt entsteht.
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Deshalb werden wasserhaltige Brennstoffe, insbesondere Braunkohle,
vor der Einführung in die Reaktionskammer weitgehend getrocknet und gegebenenfalls
auch vorgewärmt. Vorteilhaft werden hierzu Trockenverfahren verwendet, bei denen
die Brennstoffeuchtigkeit als nahezu luftfreier Wasserdampf gewonnen wird, der dann
für die Durchführung der Wassergasreaktion in die Reaktionskammern eingeführt wird.
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Um eine gute Ausnutzung der dem Vergasungsprozefl - gemäß der - Erfindung
von außen zugeführten Wärme zu gewährleisten, ist es erforderlich, -daß die Wärme
von den beheizten Wänden der Reaktionskammer gut an den zu vergasenden Brennstoff
übertragen wird. Dieses Ziel läßt sich z. B. durch Verwendung von staubförmigen
oder .körnigen nicht backenden Brennstoffen für die Vergasung erreichen. Noch vorteilhafter
wirkt sich in dieser Beziehung indessen die an sich bekannte Vergasung von Brennstoffstaub
im Schwebezustand aus. Der -Staub kann z. B. von - dem Vergasungsmittel in schwingende
oder wirbelnde Bewegung versetzt werden oder von den Reaktionsgasen durch die Reaktionskammer
getragen werden: In diesem Falle kann natürlich auch Steinkohlenstaub mit backenden
Eigenschaften vergast werden. Der aus der Reaktionskammer ausgetragene oder aus
dem erzeugten Gase abgeschiedene teilweise vergaste Brennstoffstaub wird zur Beheizung
der Reaktionskammer verbrannt. Durch diese Kohlenstaubfeuerung wird eine hohe Erhitzung
der Reaktionskammern hervorgerufen, so daß diese mit hoher Leistung betrieben werden
können. Falls bei der Vergasung besonderer Brennstoffe noch kondensierbare Kohlenwasserstoffe
anfallen oder auf deren Erzeugung absichtlich hingearbeitet. wird, wird zweckmäßig
der Koksstaub aus dem Starkgas über dem Taupunkt der Kohlenwasserstoffe abgeschieden.
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Zur weiteren Erhöhung der Wärmewirtschaft wird auch die Wärme, die
in den Abgasen der Kammerbeheizung noch enthalten ist, für das Verfahren verwertet,
z. B. dadurch, daß sie zur Vortrocknung des Brennstoffes und zur Erhitzung des Wasserdampfes
und gegebenenfalls Sauerstoffes nutzbar gemacht wird. Diese Arbeitsweise gestattet
gleichzeitig ein Arbeiten in den Kammern mit hohen Temperaturen zwecks Steigerung
des Durchsatzes, ohne daß eine Brennstoffvergeudung in Kauf genommen werden müßte.
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Gasverluste oder der Übertritt von Heizgasen in die Reaktionskammern
lassen sich dadurch vermeiden, daß der Druck in den Kammern und in den Heizzügen
möglichst gleich eingestellt wird.
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Das Verfahren gestattet, in wirtschaftlicher Weise Starkgas auch aus
solchen Brennstoffen herzustellen, die bisher für die Retorten und Kammeröfen der
Gasanstalten und Kokereien keine Verwendung finden konnten. Der anfallende Koks
kann gemäß dem Verfahren bei geeigneten Brennstoffen im Verfahren selbst völlig
aufgebraucht werden. Insbesondere lassen sich durch das Verfahren die billigen Rohbraunkohlen
für die Leuchtgaserzeugung nutzbar machen.