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Verfahren und Vorrichtung zur Hydrierung fester Brennstoffe bei der
Erzeugung von Starkgas Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von
Starkgas, bei dem bituminöse Brennstoffe und Brennstoffrückstände in der Hauptsache
mit Sauerstoff und Wasserdampf als Vergasungsmittel unter hohem Druck vergast werden.
Die Vergasung unter Druck bewirkt eine Anreicherung des Gases mit heizkräftigen
Kohlenwasserstoffen, und das erzeugte Gas steht unmittelbar mit einem Druck zur
Verfügung, der für die Auswaschung der Kohlensäure und andere Veredelungsreaktionen
ausreicht und keine weitere Kompression für die Fortleitung des Gases in Fernleitungen
erfordert.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung dieses Verfahrens. Sie hat
zum Ziel, eine bessere Hydrierungswirkung des im Vergasungsprozeß gebildeten Wasserstoffes
auf die Ausgangsstoffe herbeizuführen. Erfindungsgemäß wird der Vergasungszone noch
eine besondere Hydrierungszone vorgeschaltet, in welcher der gebildete Wasserstoff
längere Zeit auf den rohen Brennstoff einwirken kann. Die wasserstoffhaltigen Gase
können unmittelbar aus der Vergasungszone in die Barüberliegende Hydrierungszone
übertreten, während der Brennstoff allmählich in die Vergasungszone niedersinkt.
Die für die Hydrierung notwendige Wärme wird größtenteils durch das aufsteigende
Gas selbst geliefert. Da aber eine möglichst genaue Temperaturregelung der Hydrierungsreaktion
diese sehr beschleunigt, ist eine besondere zusätzliche Heizung der Hydrierungszone
vorgesehen, die in bekannter Weise, beispielsweise durch Heizkörper, erfolgen kann,
welche die Hydrierungszone durchdringen und die entweder mit Gasen oder mit elektrischen
Heizwiderständen geheizt werden können. Auch kann bei geeigneten Brennstoffen der
Brennstoff selbst als Widerstand für den elektrischen Strom und dadurch als Heizkörper
dienen. Zweckmäßig wird der Brennstoff selbst vor seinem Eintritt in die Hydrierungszone
auf möglichst hohe Temperatur gebracht.
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Das erzeugte Starkgas wird zusammen mit den in der Hydrierungszone
;entstandenen gasförmigen und kondensierbaren Kohlenwasserstoffgin -nach der Reinigungsanlage
abgeführt, um dort der weiteren Behandlung, wie beispielsweise Kohlens.äureauswaschung,
Entbenzinierung und Entschwefelung, unterzogen zu werden.
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Um die Ausbeute an gasförmigen und kondensierbaren Kohlenwasserstoffgin
weiter zu steigern, kann auch das in der Vergasungszone gebildete Gas oder ein Teil
desselben vor seiner Einleitung in die Hydrierungszone
von Kohlensäure,
Wasserdampf und schwefelhaltigen Verbindungen befreit werden. Vor der Einführung
wird zweckmäßig dieses Gas auf die Hydrierungstemperatur erhitzt, um die für den
Hydrierungsprozeß notwendige Wärmemenge beizubringen. Das aus der Hydrierungszone
abströmende Gas kami zusammen mit den aus der Vergasungszone kommenden Gasen oder
für sich allein der weiteren Behandlung, wie Entbenzinierung und Kohlensäureabscheidung
u. dgl., unterzogen werden.
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Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung ist
in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Sie besteht aus einem z. B. zylindrischen
Schacht aus Stahl i, der je nach den gewünschten :Arbeitsverhältnissen für einen
inneren Druck von beispielsweise ioo Atm. bemessen sein muß. Dieser Stahlzylinder
ist in seinem Innern durch feuerfeste und isolierende Baustoffe ausgekleidet und
sein Innenraum von oben nach unten in Hydrierungszone 2, Vergasungszone 3 und Aschenraum
q. unterteilt. Oberhalb des Stahlzylinders befindet sich eine Beschickungseinrichtung
5 für die Zuführung des Brennstoffes. Der Aschenraum q. ist mit einer Abführungsvorrichtung
6 für die Asche versehen. Im Bereich der Hydrierungszone 2 sind Heizvorrichtungen
7 angeordnet, zweckm . 'ißi - auf dem Prinzip der elektrischen Widerstandsheizung
beruhend, welche den Brennstoff nach übertritt in die Hydrierungs. tone auf eine
für die Hydrierung günstige Temperatur bringen. Durch die Zuleitung 8 unterhalb
der Vergasungszone 3 wird Sauerstoff oder an Sauerstoff angereicherte Luft in Mischung
mit Wasserdampf und gegebenenfalls Kohlensäure zugeleitet. Die gasförmigen Vergasungsprodukte
werden am oberen Ende der Hydrierungszone durch Leitung 9 abgeführt, um dann in
bekannten ebenfalls unter Druck stehenden Einrichtungen einer Weiterbehandlung,
wie Abscheidung von Wasserdampf, Kohlensäure, kondenslerbaren Kohlenwasserstoffen
und schwefelhaltigen Verbindungen, unterworfen zu werden. Das gereinigte Gas steht
dann unmittelbar unter Druck und mit einem für Stadtgaszwecke geeigneten Heizwert
zur Verfügung. Es kann selbstverständlich auch noch weiteren Umwandlungen unterzogen
werden oder für chemische Zwecke, wie Ammonialtsynthese o. dgl., nutzbar gemacht
werden. Z. B. kann mit besonderem Vorteil bei Erzeugung des für die Vergasung erforderlichen
Sauerstoffes aus Luft durch Kompressionsverfahren der gleichzeitig anfallende Stickstoff
zusammen mit einem Teil des erzeugten Gases zur synthetischen Erzeugung von Stickstoffverbindungen
nutzbar gemacht werden. Zur Steigerung der hydrierenden Wirkung kann das in der
Vergasungszone 3 erzeugte Gas oder ein Teil desselben aber auch durch die Leitung
io zwischen Vergasungszone und Hydrierungszone abgeführt werden und zunächst von
Wasserdampf, Kohlensäure. und schwefelhaltigen Verbindungen befreit werden. Das
so gereinigte Gas wird dann nach vorheriger Aufheizung auf die Hydrierungstemperatur
durch die Leitung 9 in die Hydrierungszone geführt. In diesem Falle können die Hydrierungserzeugnisseentweder
durch eine besondere Leitung aus dem Hydrierungsraum abgeführt werden oder durch
die Leitung io zusammen mit den in der Vergasungszone entstandenen Gasen. In diesem
Falle entsteht ein Kreislauf eines Teils der wassers to -fflialtigen Gase durch
die Hydrierungs- e zone2 und die Ein<,richtungen für Abscheidung von Hydrierungsprodukten,
Köhlensäure und Schwefehvasserstoff.
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Die Hydrierungsreaktionen können durch Zugabe von katalytisch oder
reaktionsbeschleunigend wirkenden Mitteln, wie z. B. Alkali-, Calcium- oder Eisenverbindungen.
zum Brennstoff beschleunigt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von
solchen Zuschlägen, welche in der Vergasungszone bei den höheren Temperaturen verflüchtigt
werden und in feinster Verteilung als Nebel von den gebildeten Gasen in die Hydrierungszone
zurückgeführt werden.
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In besonderen Fällen ist -es vorteilhaft, Abfallöle, Phenolate u.
dgl. Stoffe eigenen oder fremden Ursprungs in den Hydrierungsraum einzuführen, die
auf diese Weise ohne besondere Kosten in leichtere Öle und hochwertige Gase übergeführt
werden können.
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Durch das Verfahren ist es möglich, ein hochwertiges Starkgas mit
einer dem Leuchtgas ähnlichen Zusammensetzung kontinuierlich zu erzeugen und gleichzeitig
Leichtöle in guter Ausbeute zu gewinnen. Durch Einstellung der Betriebsverhältnisse
kann je nach den Marktverhältnissen die Anlage mehr auf Erzeugung von Gas oder Ölen
abgestellt werden. Trotzdem unmittelbar ein Gas in dem für Ferngaszwecke geeigneten
Druck erzeugt wird, wird ,eine Kompressorarbeit nur für die verhältnismäßig geringen
Sauerstoffmengen, die das Verfahren erfordert, notwendig.
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Bei geeigneter Abänderung der Apparatur kann die Vergasung und gegebenenfalls
die Hydrierung oder beide Vorgänge auch mit staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen
im Schwebezustand ausgeführt werden. Ausführungsbeispiel Verwendet man als Brennstoff
getrocknete Braunkohle und wird der Vergasungszone unter einem Druck von- q.o Atm;
abs. als Vergasungsmittel
ein auf 5oo° C erhitztes Sauersto!-Wasserdampf-Gemisch
zugeleitet, das aus 1 2 Gewichtsprozent Sauerstoff und 88 Gewichtspro7ent Wasserdampf
besteht, so erhält man bei Vergasungstemperaturen von 6oo bis 1 ooo" C ein abströmendes
Starkgas von etwa folgender Zusammensetzung: C O . . . . . . 12% H. . . . . . .
150;ü CO. . . . . , . 28% C Hi . . . . . . 210`0 H. O . . . . . . 240i0 Dieses Gas
wird in die Hydrierungszone eingeleitet. Die Vorwärmung -des Gases oder auch die
Beheizung der Hydrierungszone wird so geregelt, daß die Hydrierung bei einer Reaktionstemperatur
von q.oo bis 5o0° C vor sich geht. Hierbei werden außer dem normal entstehenden
Teer bei Verwendung von Eisenosydzuschlag zum Brennstoff als Katalysator etwa 50,o
des im Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffes in ölige Produkte umgesetzt. Der erzeugte
Gesamtteer ist dünnflüssiger und enthält mehr gesättigte und leichter siedende Bestandteile
als Schwelteer. Die hydrierende Wirkung des Gases wird noch gesteigert, wenn das
Gas vor Einleiten in die Hydrierungszone mit an sich bekannten Mitteln von Kohlendioxyd
und Wasser befreit wird, wobei außerdem ein Teil des Methans anfällt.