-
Verfahren zur Erzeugung eines entgifteten Starkgases durch Vergasung
von bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrückständen unter erhöhtem Druck Das
Hauptpatent bezieht sich auf die Erzeugung von Starkgas aus bituminösen Brennstoffen
oder Entgasungsrückständen mittels Sauerstoff und Wasserdampf. Es besteht darin,
daß die Vergasung unter einem Druck von mehreren Atmosphären mittels Sauerstoffs
oder sauerstoffangereicherter Luft und im Verhältnis zum Sauerstoff so reichlichen
Wass.erdampfmengenerfolgt, daß der Kohlenstoff des Brennstoffes vorwiegend in Kohlensäure
und Kohlenwasserstoffe übergeführt wird. Nach diesem Verfahren läßt sich ein Gas
erzeugen, das nach Entfernen der Kohlensäure in Zusammensetzung, Heizwert und Brenneigenschaften
vollkommen der Norm des heutigen Stadtgases entspricht. Die Anwendung des Druckes
ermöglicht die Synthese hochheizkräftiger Kohlenwasserstoffverbindungen, vornehmlich
des Methans, direkt im Vergasungsprozeß, so daß das Gas nach Befreiung von der im
Vergasungsverfahren in größeren Mengen erzeugten Kohlensäure einen Heizwert von
beispielsweise q.5ookcal/ms und darüber (bei o° C und 760 mm Hg-Säule gemessen)
hat. Das so erzeugte Gas kann entgiftet, d. h. von seinem CO-Gehalt befreit werden,
entweder durch katalytische Umsetzung des Kohlenmonoxyds mit Wasserdampf inWasser-'
stoff oder Methan oder durch Abscheidung des Kohlenmonoxyds z. B. in einer Tiefkühlanlage.
Bei der Herstellung eines entgifteten Stadtgases nach dem Verfahren des Hauptpatents
ist daher außer der Herstellung des Sauerstoffs b@zw. der sauerstoffreichen Luft
auch noch eine Veredlung des erzeugten Gases erforderlich. Das vermindert die Wirtschaftlichkeit
der Anwendung dieses Verfahrens auf die Erzeugung eines entgifteten Leuchtgases.
-
An sich ist die Vergasung fester Brennstoffe unter hohem Druck, von
z. B. über 3 atü und mehr, nicht nur unter Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft, sondern auch von atmosphärischer Luft bekannt. Im letzten Fall war beabsichtigt,
durch hohe Vergasungstemperaturen, und die Einwirkung des Druckes eine Zersetzung
der kondensierbaren Bestandteile im Gas (Teer und öle) in permanente Gase zu erzielen,
um auf diesem Wege ein teerfreies Gas zu er-
J
zeugen. Demgegenüber
wird nach der Erfindung ein entgiftetes Stadtgas aus bituminösen Brennstoffen oder
Entgasungsrückständen dadurch gewonnen, daß die Brennstoffe unter einem Druck von
mehreren Atmosphären mittels eines Gemisches, bestehend aus Luft und so reichlichen
Wasserdampfmengen, vergast werden, da.ß bei der Vergasung wesentliche Mengen Methan
und anderer Kohlenwässerstoffverbindungen @entstehen. Aus diesem Gase werden dann
er-; findungsgemäß in einer nachgeschalteten Gaserzeugungsanlage Kohlenmonoxyd und
Stickstoff entfernt.
-
Luft wird z. B. durch einen Kolbenkompressor auf einen Druck von etwa
zo bis 3o Atm. verdichtet und, mit einer bestimmten Menge hochüberhitzten Wasserdampfes,
z. B. derselben Pressung, gemischt, als Vergasungsmittel in einen unter diesem Druck
arbeitenden Gaserzeuger geleitet, in dem .der diesem aufgegebene t3rennstoff (z.
B. Koks oder Kohle) zu einem stark methanhaltigen Rohgas vergast wird. Nach Kühlung
des Gases und Kondensation der gegebenenfalls darin enthaltenen Teere und Öle führt
man das Gas unter dem gleichen Druck einer Druckwasserwäsche zu, in der die Kohlensäure
und der Schwefelwasserstoff durch einfaches Waschen mit Wasser nach bekannten Verfahren
aus dem Gas :entfernt werden. Nach einer chemischen Feinreinigung, z. B. mit Ätznatron,
zur Entfernung der letzten Kohlensäurespuren im Gas leitet man dieses in eine Gaszerlegungsanlage,
um es darin durch Tiefkühlung in die einzelnen Bestandteile zu zerlegen, nämlich
in einen rnethanreichen Anteil, einen kohlenmonoxydreichen und einen wasserstoffreichen
unter Abtrennung von Stickstoff. Man entfernt auf diese Weise das Kohlenoxyd praktisch
restlos und den Stickstoff so weit aus dem Gas, daß man den gewünschten Heizwert
und die diesem entsprechende Gaszüsatnmensetzungerhält, wobei man zur Regelung der
Brenneigenschaften des Gases, z. B. zur Erhöhung seines spez. Gewichtes, auch einen
Teil der vorher abgeschiedenen Kohlensäure wieder dem Gas zusetzen kann. Durch die
erfindungsgemäße Anwendung erhöhten Vergasungsdruckes und reichlichen Wasserdampfmengen
-wird auch bei Benutzung von Luft als Vergasungsmittel Methanbildung bewirkt. Die
Methanbildungsreaktion ist @exotherm, und demgemäß wird der zur Aufrechterhaltung
des Vergasungsprozesses erforderliche Sauerstoffbedarf entsprechend niedrig, so
daß das Rohgas relativ geringe Mengen an Stickstoff -enthält. Je höher der Vergasungsdruck,
gewählt wird, desto geringer wird der Stickstoffgehalt des Gases. Aus diesem Grinde
kann ein hoher Druck von z. B. 7o bis zoo atü in manchen Fällen noch besondere Vorteile
haben. In der gleichen Weise wie die Erhöhung des Vergasungsdruckes wirkt die Erhöhung
der überhitzungstemperatur des Vergasungsmittels vor seinem Eintritt in das Brennstoffbett
auf die Verringerung des Stickstoffgehaltes des erzeugten Gases. Die mit dem Verfahren
der Druckvergasung nach dem Hauptpatent an sich verbundenen weiteren Vorteile, wie
Steigerung der Durchsatzleistung, Nutzbarmachung des Druckes für die nachfolgenden
Arbeitsstufen usw., bleiben auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bestehen,
da man den Einfluß des indifferenten Stickstoffes z. B. auf die -Durchsatzleistung
durch entsprechende Druckerhöhung .ausgleichen kann. Die bei der Entgiftung des
Gases ausgeschiedene Kohlenoxydfraktion kann innerhalb. des Verfahrens, z. B. zur
Überhitzung des Vergasungsmittels, Verwendung finden. In besonderen Fällen kann
es auch zweckmäßig sein, vor der Gaszerlegung durch Tiefkühlung eine teilweise katalytische
Umsetzung des Kohlenmonoxyds gegebenenfalls mit H20 z. B. in CH, oder
H2 vorzunehmen, um die Gasverluste in Form von Kohlenmonoxyd zu vermindern; den
Rest des Kohlenmonoxyds entfernt man dann, soweit notwendig, durch Tiefkühlung.
Die beschriebenen Formen der Kohlenmonoxyd- und Stickstoffabtrennung können auch
bei :einem Teilstrom des Gases durchgeführt werden, der dann wieder mit dem nicht
oder auf ändere Weise veredelten Rest gemischt wird, oder es kann auch das in der
Tiefkühlung o. dgl. entfernte Kohlenoxyd allein für sich katalytisch in C H4 oder
H2 inngesetzt und dem Hauptgasstrom vor oder nach d7,er Zerlegung wieder zugesetzt
werden.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des neuen Verfahrens besteht
beispielsweise in folgendem: In Gaserzeugungsanlagen, die innerhalb der Kohlengebiete
liegen, wird erfindungsgemäß durch Vergasung von Brennstoffen mit" Luft und reichlichen
Mengen Wasserdampf unter erhöhtem Druck, von z. B. 3o atü, ein Gas erzeugt, das
nach -Entfernen der Kohlensäure einen Heizwert von etwa 3oookcal/ms und etwa 8 bis
r z o/o C H4 hat. Dieses Gas kann vorteilhaft als Industrie- und Heizgas oder auch
als Zusatzgas zu reinem Destillationsgas verwendet werden. In Fernleitungen führt
man dieses Gas unter seinem Erzeugungsdruck zu den Verbrauchsstellen, in denen ein
Teil -als Industrie- und Heizgas verwendet wird. Ferner werden in denselben oder
anderen Verbrauchsstellen zentrale Veredelungsstellen eingerichtet, von denen aus
das von Kohlenmonoxyd und einem Teil des Stickstoffes befreite Gas für Heiz- und
Kochzwecke
abgegeben wird. Das bei der Entgiftung abgeschiedene
Kohlenoxyd kann in das Industriegasnetz zurückgegeben werden.
-
Die besonderen Vorteile des neuen Verfahrens bestehen in folgendem:
Es gelingt die direkte Erzeugung eines vollkommen reinen entgifteten und hochheizkräftigen
Starkgases durch restlose Vergasung von Brennstoffen unter Anwendung einer einzigen
Gaszerlegung.
-
Die Luftzerlegungsanlage, die bei der Vergasung mittels Sauerstoffs
erforderlich ist, kann .entbehrt werden.
-
Der mit der Vergasungsluft ins Gas gelangende Stickstoff wird bei
einer praktis£hniaht ins Gewicht fallenden Vergrößerung der Zerlegungsapparatur
gleichzeitig mit dem Kohlenoxyd entfernt, während bisher zwei nahezu ebenso große
Gaszerlegungsanlagen, eine für das Ga,s, die andere für die Luft, nötig waren.
-
Gleichzeitig kann mit der Zerlegung des Gases ohne Mehrkosten eine
restlose Wasser-und Naphthalinabscheidung und die Beseitig ung organischer Schwefelverbindungen
erzielt werden.
-
Der eigentliche Vergasungsbetrieb wird im Vergleich zur Sauerstoffvergasung
günstig beeinflußt; denn der Luftkompressor ist gegenüber dem Sauerstoffkompressor
eine wesentlich betriebssichere Maschine, und die Gefahr der Verschlackung des Gaserzeugers,
die bei Anwendung von Sauerstoff und kontinuierlicher Vergasung unter hohem Druck
von besonderer Bedeutung ist, wird durch die Kühlwirkung des indifferenten Stickstoffes
noch weitgehender ausgeschaltet, als dies bei Sauerstoffvergasung unter erhöhtem
Druck durch die an sich schon reichliche Wasserdampfsätti,gung möglich ist.
-
Vollkommen beseitigt wird ferner die mit dem reinen Sauerstoff des
Vergasungsmittels im Verfahren nach dem Hauptpatent mögliche momentan erfolgende
Verbrennung drucktragender Baustoffe, wie Eisen usw., die bei Ausbleiben des Wasserdampfes
eintreten und zu schwerwiegenden Folgen führen könnte, soweit nicht besondere Maßnahmen
baulicher Art eine Sicherung dagegen bieten.
-
Schließlich sind Verluste an Vergasungsmittel oder an Rohgas, - die
bei der Druckvergasung möglich und zum Teil sogar durch das Ein- und Ausschleusen
von Brennstoff und Asche bedingt sind, von geringerer Bedeutung als bei Verwendung
hochwertigen Sauerstoffes als Vergasungsmittel.
-
Vergast man beispielsweise mitteldeutsche vorgetrocknete Braunkohle
bei einer Schachtbelastung von etwa 8oo kg/m2 und Stunde unter .einem Druck von
etwa 25 ata mit einem Vergasungsmittel, bestehend aus Luft und Wasserdampf (t Volumteil
Luft + 1,6 Volumteile Wasserdampf), das auf etwa 5oo' erhitzt worden ist, so erhält
man ein Rohgas etwa folgender Zusammensetzung-
| Co, = 22,8 0;o |
| H2 S = 1,4 °lo |
| C,Hm = o,7 0/0 |
| 02 - o,r 0/,o |
| H_ = 23,1 0/0 |
| CO = 11,7 0/0 |
| CH, = 11,3 0`0 |
| N, = 28,90 o |
Dieses Gas wird in :einer Druckwasserwäsche nahezu restlos von C02 und
H2 S befreit und erhält dann folgende Zusammensetzung:
| C"Hm = 0,9 0/0 |
| 02 = 0,1 0/0 |
| C O = 15,4% |
| H2 = 30,5 0/0 |
| CH4 = 14,90/1 |
| N2 = 38,2 0/0 |
Der Heizwert beträgt rund 3ooo kcal/mj. Leitet man dieses Gas in eine Gaszerlegungsanlage
und entfernt in dieser das Kohlenoxyd und außerdem den Stickstoff bis zu einem ,gewissen
Maß, so erhält man ein entgiftetes Stadtgas entsprechend folgender Zusammensetzung
| C"H. = 1,6 0/0 |
| 0, = 0,2 O 1 r 0 |
| C 0 _@ 0,5 0/0 |
| H2 = 54,311/0 |
| CH4 = 26,61 ;`0 |
| N.@ = 16,8 00 |
Der obere Heizwert dieses Gases ist etwa 443o kcal/ms.