DE3102981A1

DE3102981A1 - Verfahren zur vergasung von kohlenstoffhaltigem material

Info

Publication number: DE3102981A1
Application number: DE19813102981
Authority: DE
Inventors: Uriel Kiryat Herzog Bnei Brak Rekant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1981-01-29
Publication date: 1982-09-02

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material.
Sie betrifft insbesondere ein wirtschaftliches, kontinuierliches Verfahren zur Umwandlung von festen Kohlenwasserstoffbrennstoffen der nachstehend definierten Art in brennbare Gase, die für die kommerzielle Anwendung geeignet sind, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zur Gewinnung von Energie aus festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen sowie ein wirtschaftliches Verfahren zur Umwandlung und/oder zum Betrieb von dampfbetriebenen Elektrizitätswerken oder Stromerzeugern sowie anderen mit Gasturbinen und/oder Gas oder flüssigen Brennstoffen angetriebenen Verbrennungsmaschinen unter Verwendung von festen Kohlenwasserstoffbrennstoffen, wie Kohle, ölschiefer oder Torf.
Es ist bekannt, daß die derzeitigen, mit flüssigen Brennstoffen geheizten, dampfbetriebenen Lktrizitätswerk oder Stromerzeuger, wie sie derzeit verwendet werden, sowie Gasturbineneinrichtungen, die Gas oder Erdölprodukte als Brennstoffe verwenden, nicht dazu geeignet sind bei Knappheit von flüssigen Brennstoffen alternierend mit Kohle, Olschiefer oder Torf als Brennstoff betrieben zu werden, so daß vielfältig vorgeschlagen wird, Atomkraftwerke und/oder spezielle Einrichtungen, die im Falle eines weiteren Ölboykotts auch mit festen Kohlenwasserstoffbrennstoffen betrieben werden können, zu bauen.
Es ist jedoch festzuhalten, daß die derzeit kontinuierlich betriebenen Systeme, die Kohle oder andere feste Kohlenwasserstoffbrennstoffe verwenden, im allgemeinen die direkte Verbrennung der Kohle bei hohen Temperaturen umfassen, wodurch Wasser zu Wasserdampf erhitzt wird, welcher Wasserdampf dann einer Dampfturbine zur Erzeugung von Elektrizität zugeführt wird, welche Verfahrensweise nicht die wirksamste Methode zur Gewinnung der maximalen Energie aus Kohle darstellt, wie nachstehend noch erläutert werden wird. Weiterhin können die zum Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen ausgelegten üblichen Dampferzeuger oder Brennkammern nicht ohne weiteres derart abgewandelt werden, daß sie große Mengen von festen Brennstoffen, wie Kohle, verarbeiten und verbrennen können, welche mangelnde Anpassbarkeit bislang das wesentliche Hindernis dafür gewesen ist, bei bestehenden Anlagen von flüssigem auf festen Brennstoff überzugehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein wirtschaftliches, kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Energie aus festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen anzugeben.
Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes Die Erfindung betrifft somit ein wirtschaftliches, kontinuierliches Verfahren zur Gewinnung von Energie aus festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus dem Boden gewonnene Kohle, Olschiefer bzw. Kohlenschiefer und Torf umfaßt und das dadurch gekennzeichnet ist, daß man a) den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit Hilfe eines Stetigförderers oder kontinuierlich betriebenen Förderers durch einen Reaktor führt, der im wesentlichen mit Kohlendioxid (CO2) gefüllt ist, und die Temperatur in dem Reaktor auf mindestens etwa 400"C erhöht, um in dieser Weise bei weitgehender Abwesenheit von Luft den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff endotherm mit Kohlendioxid unter Bildung von Kohlenmonoxid (CO) umzusetzen; b) das relativ leichte Kohlenmonoxid und andere begleitende Gase aus dem oberen Bereich des Reaktors in eine Brennkammer führt, in der das Kohlenmonoxidgas mit Sauerstoff (02) unter Bildung von Kohlendioxid exotherm reagiert und sowohl Wärmeenergie als auch Gasdruckenergie erzeugt bzw. freisetzt; c) mindestens einen Teil der aus der Brennkammer austretenden Gase in einen Reaktor zur Umsetzung mit festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff zurückführt bzw. recyclisiert; und d) das Abfallprodukt der Umsetzung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit Kohlendioxid durch Abziehen bzw. Austragen aus dem Stetigförderer zur weiteren industriellen Verarbeitung und Verwendung sammelt.
Auf der Grundlage der Prinzipien dieses Verfahrens schafft die Erfindung auch ein Verfahren zur wirtschaftlichen Umwandlung von mit flüssigem Brennstoff geheizten, dampfbetriebenen Stromerzeugern bzw. Elektrizitätswerken in ein mit festem Kohlenwasserstoffbrennstoff betriebenes System, welches Verfahren darin besteht, eine Gas-Feststoff-Reaktoreinheit in Reihe zu schalten mit dem Dampferzeuger oder Kessel des Stromerzeugers bzw. Elektrizitätswerks und dann das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
Somit wird es erfindungsgemäß möglich Elektrizitätswerke und Turbinen von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen auf feste Brennstoffe lediglich dadurch umzuschalten, daß man ohne wesentliche Modifizierung der Brennkammer oder des Dampfkessels der bestehenden Einheiten eine zusätzliche Gas-Feststoff-Reaktoreinheit installiert und anfügt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Reaktor vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 5000C bis etwa 5500C gehalten, um ein Halbverkoken des festen Kohlenwasserstoffbrennstoffs zu bewirken, wodurch ein Abfallprodukt aus Teeri Teerwasser, Schwefel, Benzol (C6H6) etc. gebildet wird, das zur industriellen Weiterverar eitung und Nutzung gesammelt werden kann.
Das Erhitzen des Reaktors auf Temperaturen von etwa 500 bis 550"C kann dadurch erreicht werden, daß man den Reaktor von außen heizt oder daß man alternativ eine teilweise exotherme Verbrennung der brennbaren Materialien im Inneren des Reaktors bewirkt, d.h.
die Umsetzung von: °2; CH4 + °2; H2 + °2 etc.
Die Oxidationdieser Materialien wird dadurch bewirkt, daß man eine gesteuerte begrenzte Menge Luft von außen in den Reaktor eintreten läßt und zwar in einer solchen Menge, daß die Temperatur nicht höher als auf 500 bis 550"C ansteigt, was man beispielsweise dadurch erreicht, daß man ein thermostatisch gesteuertes Lufteinlaß-Absperrventil vorsieht, welches bei einer Temperatur von 5500C die Luftzuführungsleitung verschließt und dann, wenn die Temperatur unter 5000C absinkt, die Luftzuführungsleitung öffnet. Eine gleichzeitige Zuführung von Wasserdampf ist ebenfalls von Vorteil.
Es ist zu bemerken, daß die Umsetzung von festem Kohlenwasserstoffbrennstoff mit Kohlendioxid unter Halbverkokungsbedingungen an sich bekannt ist.
So ist in 't-Stallurgicheskaia Teplotekhnika" (Wärmetechnik in der Metallurgie) von V.A. Arutiunov, V.I. Mitkalinnyi, S.B. Stark, Vol. I, veröffentlicht von "Metallurgia" Moskau (1974) auf Seite 506 folgendes beschrieben: "Während des zweiten Weltkriegs hat die starke Nachfrage nach flüssigem Brennstoff zu der Notwendigkeit geführt, diesen künstlich aus festem Brennstoff, beispielsweise dem im Verlaufe der Halbverkokung erzeugten Teer zu produzieren. Teere wurden auch als Abfälle bei der Vergasung von festen Brennstoffen erzeugt. Die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Teere hängen von dem ursprünglich eingesetzten Ausgangsmaterial und der Methode, mit dem dieses behandelt wird, ab. Die Teerzusammensetzung variiert innerhalb des folgenden Bereiches: 80 - 90 % C, 7 - 12 % H, 2 - 15 % 0 + N. Die Teere besitzen eine Verbrennungswärme von bis zu Q = 29,3 bis 37,7 MJ/kg.
Zur Erzeugung verschiedenartiger Motorbrennstoffe kann man Teer als auch Rohöl einer fraktionierten Destillation oder einem Cracken unterwerfen.
Man kann Teer auch als Kohlenstofflieferant bei der Verbrennung von Gasen mit niedriger Leuchtkraft (beispielsweise HochoEengas) verwenden. Wegen der Anwesenheit von schweren Kohlenwasserstoffverbindungen trägt der Teer stark zu der Leuchtkraft der Flamme bei dem Verbrennungsprozeß bei Die oben angesprochenen vorbekannten Reaktionen sind jedoch zur Erzeugung von flüssigen Brennstoffen ausgelegt und in keiner Weise dazu geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren vorwegzunehmen oder nahezulegen, bei dem die Bildung der verwertbaren Teere lediglich ein Nebeneffekt des wichtigeren Energieerzeugungsprozesses ist.
Somit wird, wie es für das erfindungsgemäße Verfahren angegeben ist, das in dem Reaktor erzeugte Kohlenmonoxidgas vorzugsweise in den Brennraum einer Gasturbine oder einer anderen Brennkraftmaschine überführt, in der die durch die Umsetzung des Kohlenmonoxids mit Sauerstoff erzeugte Gasdruckenergie zum Antrieb der Gasturbine ausgenützt wird, oder wird alternativ das in dem Reaktor erzeugte Kohlenmonoxidgas vorzugsweise dem Gasbrenner eines Dampferzeugers oder Dampfkessels zugeführt, in dem die durch die Reaktion des Kohlenmonoxids mit Sauerstoffs erzeugte Wärme dazu verwendet wird, das in den Röhren des Dampferzeugers oder Dampfkessels zirkulierende Wasser zu erhitzen.
In der DE-PS 1 950 517 (Hidasi) ist ein Verfahren zur Vergasung von Koks beschrieben und beansprucht, das sich jedoch in mindestens zwei wesentlichen Punkten von der Lehre der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
Insbesondere ist das Verfahren dieser Patentschrift spezifisch auf die Verwendung von Koks bei einem Vergasungsverfahren zur Erzeugung von Kohlenmonoxid beschränkt. Im Gegensatz zu dieser Lehre kennen erfindungsgemäß Ausgangsmaterialien verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kohle, Kohlestaub, vermahlene Kohle, ölschiefer und Torf umfaßt. Für den Fachmann ist ohne weiteres erkennbar, daß ein System, das die Verbrennung von Koks umfaßt, nicht ein System zu lehren vermag, bei dem ein fester Brennstoff, wie ölschiefer, Torf und Kohle verbrannt wird. Die Verbrennung von Koks führt zur Bildung einer feinen Asche, während bei der erfindungsgemäßen Verbrennung des kohlenstoffhaltigen, festen Brennstoffs Teere und Schlamm erzeugt werden, die zu entsprechenden Problemen führen. Es ist weiterhin festzuhalten, daß trotz der Tatsache, daß Koks normalerweise zu metallurgischen Zwecken verwendet wird, dieses Material auf Grund seiner Kosten in keiner Weise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandt werden könnte oder würde.
Ein weiterer Unterschied ist in der Tatsache zu sehen, daß die erfindungsgemäße Vergasung des festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs in Anwesenheit einer begrenzten Sauerstoffmenge und unter Ablauf eingeschränkter Oxidationsreaktionen durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu, besteht eines der in diesem Patent vorgeschriebenen und notwendigen Merkmale in der kontinuierlichen Zufuhr von Sauerstoff in den Reaktor. Dieses Konzept unterscheidet sich vollständig von dem erfindungsgemäßen Verfahren. Wenngleich es möglich und auch bevorzugt ist, eine beschränkte Menge Luft in den Reaktor einzuführen um die Reaktionstemperatur innerhalb des gewünschten Bereiches zu halten, unterscheidet sich dies dennoch deutlich von der Lehre der DE-PS 1 950 517, bei der notwendigerweise ein Sauerstoff hauptstrom in den Reaktor eingeführt wird.
Ein weiterer Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und der Lehre der DE-PS 1 950 517 ist darin zu sehen, daß erfindungsgemäß der feste Kohlenwasserstoffbrennstoff kontinuierlich durch den Reaktor gefördert wird. Wenngleich solche Fördersysteme allgemein bekannt sind, (siehe beispielsweise die US-PS 2 386 336) lehrt diese deutsche Patentschrift in keiner Weise diese Arbeitsweise oder würde den Fachmann dazu führen, ein Fördersystem der erfindungsgemäßen Art anzuwenden.
So ist in der US-PS 3 916 617, die ein Verfahren zur Erzeugung von Gas mit niedrigem Wärmewert betrifft, ein absatzweise betriebener Reaktor beschrieben, im Gegensatz zu dem erfindungsgemäß angewandten kontinuierlich betriebenen Reaktorsystem.
In gleicher Weise lehren die deutschen Patentschriften 20 01 844 und 27 11 991, die ebenfalls Vergasungssysteme betreffen, das erfindungsgemäße Verfahren nicht und legen es auch nicht nahe.
Ganz allgemein beruht die erfindungsgemäße Lehre auf der Erkenntnis, daß es durch die Anordnung des erfindungsgemäß angewandten Stetigförderers und Reaktionssystems in der Nähe der Gewinnungsstätten oder Lagerstätten von Torf, Olschiefer oder Kohle möglich wird, diese festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in wirtschaftlicher Weise in brennbare Gase umzuwandeln, die dann unter Anwendung der für Erdgas verwendeten Systeme zur kommerziellen Nutzung gepumpt und/oder gelagert werden können, wobei die brennbaren Gase nicht notwendigerweise in eine in der Nahe gelegene Brennkammer überführt werden, aus der die austretenden Kohlendioxidgase wieder in den Reaktor zurückgeführt werden, wie es bei der oben. beschriebenen Ausführungsform der Erfindung der Fall ist.
Somit betrifft die Erfindung ein allgemeines Verfahren zur Vergasung von festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ölschiefer, Kohle, Kohlestaub etc., Torf und Holz umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß man a) den festen Brennstoff mit Hilfe eines Stetigförderers durch einen Reaktor fördert und die Temperatur in dem Reaktor auf einen Wert von etwa 4000C bis 700°C erhöht und bei diesem Wert hält, wodurch der feste Brennstoff in Gegenwart einer beschränkten Sauerstoffmenge und bei begrenzten Oxidationsreaktionen zu einem brennbaren Gas und einem Rückstandsabfallprodukt zersetzt wird; b) das brennbare Gas und andere begleitende Gase zur kommerziellen Nutzung aus dem Reaktor abführt; und c) das Abfallprodukt des umgesetzten festen Brennstoffs kontinuierlich aus dem Stetigförderer abführt bzw.
austrägt.
Unter den gesteuerten Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein brennbares Gas, das Methan (CH4), Wasserstoff(H2), Kohlenmonoxid (CO) und andere begleitende Gase enthält, und ein Abfallprodukt aus Teer, Teerwasser, Schwefel, Benzol (C6H6), Schlacke, Koks etc., das zur industriellen Weiterverarbeitung und Nutzung gesammelt werden kann, gebildet.
Die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vielfältig, wobei es lediglich durch die Anordnung einer Gas-Feststoff-Reaktoreinheit oder einer Batterie solcher Einheiten in der Nähe der Quelle für kohlenstoffhaltige Feststoffe möglich wird, diese Feststoffe in wirtschaftlicher Weise in leicht transportierbare Gase umzuwandeln, so daß die Kosten für den Transport der voluminösen Feststoffe und die durch die Verwendung solcher Feststoffe an dem Anlieferungsort später auftretenden ökologischen Probleme beseitigt werden können.
Die bei dem allgemeinen erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten kohlenstoffhaltigen Brennstoffe sind aus der Gruppe ausgewählt, die Olschiefer, Torf und Braunkohle umfaßt, wobei in besonders bevorzugter Weise Olschiefer und Torf verwendet werden.
Wenngleich die Erfindung im folgenden unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert wird, ist festzuhalten, daß die angegebenen Einzelheiten nur Beispiele darstellen, und der Erläuterung der Diskussion und der Prinzipien der erfindungsgemäßen Lehre dienen.
Dabei wird kein Versuch unternommen, konstruktionsmäßige Details des verwendeten Systems und seiner Vorrichtungen genauer als zum Verständnis der Erfindung anzugeben, so daß für den Fachmann ersichtlich ist, wie die verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lehre in der Praxis durchgeführt werden können.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Fließschema, das eine Anordnung zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur kontinuierlichen Einführung des festen Kohlenwasserstoffbrennstoffs in den in der Fig. 1 dargestellten Reaktor; Fig. 3 eine schematische Darstellung, die eine Einrichtung zur kontinuierlichen Abführung der Schlacke aus dem in der Fig. 1 dargestellten Reaktor verdeutlicht; Fig. 4 ein Fließdiagramm, das eine Anordnung zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht; Fig. 5 eine schematische Darstellung, die eine Einrichtung zur kontinuierlichen Einführung des festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs in die in der Fig. 4 dargestellten Reaktoren verdeutlicht: und Fig. 6 eine schematische Darstellung, die eine Einrichtung zur kondinuierlichen Abführung der Schlacke aus den in der Fig. 4 dargestellten Reaktoren zeigt.
Wie in dem Fließschema der Fig. 1 dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße einheitliche Verfahren zur Erzeugung von Energie aus festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einer Einrichtung durchgeführt werden, die einen Gas-Feststoff-Reaktor 2 und einen damit in Reihe geschalteten Dampferzeuger bzw. Dampfkessel oder eine Brennkammer einer Gasturbine 4 umfaßt.
Der Reaktor 2 ist vorzugsweise wärmeisoliert, beispielsweise mit feuerfesten Ziegeln, um Wärmeverluste zu vermeiden und die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur zu erleichtern. Der feste Kohlenwasserstoffbrennstoff wird kontinuierlich mit Hilfe der Zuführungseinerichtung 8 in den Reaktor eingeführt, welcher Reaktor vorzugsweise mit Hilfe der Heizeinrichtung 10 bei einer konstanten Temperatur von etwa 500 bis 5500C gehalten wird. Alternativ ist es möglich, wie es bereits diskutiert wurd, die Wärme in dem Reaktor zu erzeugen und zu regulieren, statt sie mit Hilfe der äußeren Heizeinrichtung 10 zuzuführen, indem man ein thermostatisch gesteuertes Lufteinlaßventil 6 vorsieht, daß die gesteuerte Zufuhr einer begrenzten Luftmenge in den Reaktor ermöglicht, um eine teilweise exotherme Verbrennung der brennbaren Materialien im Inneren des Reaktors zu ermöglichen, die dazu ausreicht, die Temperatur in dem Reaktor im Bereich von etwa 500 bis etwa 5500C zu halten.
Über die Leitung 12 wird gasförmiges Kohlendioxid in den Reaktor eingeführt. Das Kohlendioxid reagiert endotherm gemäß der Gleichung CO2 + C o2CO mit dem Kohlenstoff des festen Kohlenwasserstoffbrennstoffs.
Das zusammen mit anderen leichten Gasen, wie Wasserstoff, Methan, Wasser (Dampf) gebildete relativ leichte gasförmige Kohlenmonoxid steigt in einen Leichtgassammler 14 in dem oberen Bereich des Reaktors auf und wird über die Leitung 16 mit Hilfe des Gebläses oder der Injektionseinrichtung 18 in den Gaseinlaß 20 eines Gasbrenners oder einer Brennkammer 4 eingeführt.
In der Kammer unterliegt das gasförmige Kohlenmonoxid einer exothermen Reaktion mit Sauerstoff unter Erzeugung von sowohl Wärmeenergie als auch Gasdruckenergie, die über die Leitung 22 abgeführt und in der beschriebenen Weise ausgenützt werden.
Mindestens ein Teil der in der Brennkammer 4 erzeugten und daraus austretenden Gase, wie Kohlendioxid, Stickstoff, Sauerstoff und Wasser (Dampf) können dann über die Leitung 12 in den Reaktor 2 zur weiteren Umsetzung mit dem festen Kohlenwasserstoffbrennstoff zurückgeführt werden. Das restliche Gas kann mit Hilfe des Gebläses 26 in den Schornstein 28 zur späteren Immission in die Atmosphäre überführt werden oder kann in der nachstehend beschriebenen Weise verwendet werden.
Auf der Grundlage dieses allgemeinen Reaktionsschemas und der oben beschriebenen Einrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt erläutert werden: Vermahlene Kohle, Olschiefer oder gegebenenfalls Torf, (vorzugsweise getrocknet) wird in den Reaktor 2 eingeführt, in dem das Material vorzugsweise auf einen langsam laufenden Steigförderer 34 aufgebracht wird (Fig. 2).
Die Reaktion verläuft endotherm ohne die Zufuhr von Luft, wobei Wärme kontinuierlich mit Hilfe einer äußeren Heizeinrichtung 10 zugeführt wird, bis die Temperatur in dem Reaktor etwa 500 bis 5500C erreicht1 oder die Reaktion verläuft endotherm gleichzeitig unter Ablauf von begrenzten wärmeliefernden exothermen Verbrennungsreaktionen, die durch die begrenzte Zufuhr von Luft über die Ventileinrichtung 6 ermöglicht werden.
Der Kohlenstoffgehalt der Kohle, des Glschiefers oder des Torfs, der mit dem Kohlendioxid reagiert führt zur Bildung von Kohlenmonoxid. Bei dem erfindungsgemäß angewandten Reaktor wird im Gegensatz zu den hergestellten Koksofenbaterien der gesamte Halbkoks ebenfalls gemäß der Reaktionsgleichung C + CO2 = 2CO in Gas umgewandelt, währenddem die Zufuhr der Kohle, des ölschiefers oder des Torfs in den Reaktor und der Durchführung des Materials durch den Reaktor und das anschließende Austragen des Materials mit Hilfe einer kontinuierlichen Fördermethode erreicht werden.
Bei 550"C werden aus der Kohle, dem Ölschiefer oder dem Torf neben Kohlenmonoxid die brennbaren Gase Wasserstoff und Methan sowie Wasser (Damy)f) freigesetzt. I''r, Schwefel, Benzol (C6el6) und andere Abfallchcmik;i I.ic'n fließen über die Einrichtung 36 nach unten und ins Freie ab und können für chemische Prozesse verwendet werden.
Die Schlacke 38 wird mit Hilfe der Fördereinrichtung 40 (Fig. 3) oder in anderer Weise abgeführt und kann zur Herstellung von Zement verwendet werden. In diesem Zusammenhang sei in Erinnerung gerufen, daß die gebildeten Gase niedrige spezifische Gewichte aufweisen, nämlich: CO = 1,25; H2 = 0,09; CH4 = 0,716 Wasserdampf = 0,805; so daß diese Gase nach oben in den Leichtgassammeler 14 strömen, aus dem sie mit Hilfe des Gebläses 18 oder einer (nicht dargestellten) Injektionseinrichtung den Gasbrennern 4 eines Dampferzeugers oder Dampfkessels oder der Brennkammer 4 einer Gasturbine zugeführt werden. Das schwere gasförmige Kohlendioxid mit einem spezifischen Gewicht von 1,965 füllt den gesamten Innenraum des Reaktors bis zu dem Leichtgassammler aus. Das Ausfüllen des Reaktors mit gasförmigem Kohlendioxid wird dadurch erreicht, daß man mindestens einen Teil der Kohlendioxid enthaltenden Gase aus der Brennkammer in einen Reaktor zur Umsetzung mit festem Kohlenwasserstoffbrennstoff zurückführt. Die restlichen gebildeten Gase können abgelassen oder anderweitig verwendet werden, da das Kohlendioxid in Mengen gebildet wird, die etwa doppelt so groß sind, wie die in dem Reaktor verbrauchte Menge (ohne Berücksichtigung von Leckverlusten ).
Somit ist einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung in der Tatsache zu sehen, daß im Fall eines ölboykotts die Anlagen, die vor der Anordnung des Ölboykotts verwendet wurden, unverändert weiterbetrieben werden können, unter Anwendung anderer Brennstoffe anstelle von Erdölprodukten, namlich von Kohle, ölschiefer und gegebenenfalls Torf, wobei abgesehen von den oben beschriebenen Reaktoren keine weiteren Einrichtungen oder Vorrichtungen erforderlich sind.
Es sei in Erinnerung gerufen, daß diese Einrichtung doppelt so viel Kohlendioxid im Vergleich zu dem verbrauchten Volumen erzeugt, so daß dieses Gas, statt lediglich über den Schornstein in die Atmosphäre abgeführt zu werden auch anderen Zwecken zugeführt werden kann, beispielsweise der Trockeneisherstellung. Andere technische und wirtschaftliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden: 1. Bei der Verbrennung von Kohle und ölschiefer in (den Dampfkesseln von) Kraftwerken beträgt das Luftüberschußverhältnis 1,3 bis 1,5 im Vergleich von 1,05 bis 1,1 bei der Verbrennung von Gas.
2. Um in einem Dampfkessel oder der Brennkammer einer Turbine Gas zu verbrennen ist kein Umbau dieser Einrichtungen von Brennöl auf Kohle, ölkoks oder Torf erforderlich, da lediglich die Installation der oben beschriebenen Reaktoren notwendig ist.
3. Bei der Anwendung der oben beschriebenen Einrichtungen sind Rauchreinigungseinrichtungen nicht notwendig.
4. Bei Gasturbinenbrennkraftmaschinen kann das Luftüberschußverhältnis abgesenkt werden, da der Wärmeinhalt des erfindungsgemäß erhaltenen Gases niedriger ist als der des Brennstoffs, der derzeit in den herkömmlichen Brennkraftmaschinen verwendet wird.
Hierdurch lassen sich die technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften der Gasturbinenbrennkraftmaschinen verbessern.
5. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zur Bildung einer Vielzahl von chemischen Abfallprodukten wie Teer, Schwefel, Benzol (C6H6) etc., die die Grundlage einer chemischen Produktionsanlage bilden können.
6. Es wird möglich, die Kohle und Erdölprodukte, die in Dampfkesseln oder stationären Gasturbineneinrichtungen verwendet werden, durch das erfindungsgemäß erzeugte Gas zu ersetzen.
7. Es wird weiterhin möglich, Kohle, ölschiefer und gegebenenfalls Torf in den Turbineneinrichtungen zu verbrennen, nach dem diese Materialien zuvor vergast worden sind, so daß es möglich wird auf die Dampfkesseleinheiten zu verzichten, die in herkömmlichen elektrischen Kraftwerken vorgesehen sind.
Im folgenden sei eine kurze Kalkulation der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben: CO2 + C -> 2CO - 41000 kcal 2CO + °2-+ 2CO2 + 135000 kcal 135000 - 41000 = 94000 kcal 94000 : 12 = 7833 kcal/kg Im Fall von Kohle, die beispielsweise 50 Gew.-t C und 4,3 Gew.-% H2 enthält ergibt sich pro kg Kohle 7,833 x 0,6 = 4700 kcal/kg, während Wasserstoff etwa 1200 kcal/kg Kohle ergibt (H2 = 29000 kcal/kg Gas).
Die zusammen mit dem Gas in den Dampfkesselbrenner oder die Brennkammer der Turbine eingeführte Wärme beläuft sich insbesondere für Kohlenmonoxid bei 0,25 kcal/kg/°C für Kohlenmonoxid auf: 0,25 x 550 x 56 x 0,6 = 384 kcal/kg Kohle.
12 Somit beträgt die Gesamtmenge der durch 1 kg Kohle dem Dampfkesselbrenner oder der Brennkammer der Turbine zugeführte Wärme: 4700 + 1200+ 384 = 6234 kcal/kg Kohle.
Theoretisch beträgt der Wärmeinhalt der oben angegebenen Kohle lediglich 5610 kcal/kg.
Somit ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren die aus der Kohle freisetzbare Energiemenge maximiert.
Diese Berechnung berücksichtigt nicht a) die dem Reaktor mit dem Kohlendioxid zugeführte Wärme (wobei die Temperatur des gasförmigen Kohlendioxids mehr als 2000C nach dem Durchlaufen eines Vorwärmers oder mehr als 4000C ohne die Anwendung eines Vorwärmers beträgt); b) Wärmeverluste, die sich durch ein übermäßig hohes Luftverhältnis ergeben (diese Verluste sind bei der Anwendung des angegebenen Fließschemas stark reduziert) etc.
Der Wärmeinhalt des Kohlenmonoxids ohne serücksichtigung seiner Vorerhitzung beträgt 3018 kcal/m3 oder 2417 kcal/kg.
Somit liefern 12 kg Kohlenstoff 85,5 m Stickstoff und 44,8 m3 Kohlenmonoxid und andere Gase, die über die Leitung 16 austreten.
In den Fig. 2 und 3 sind mögliche Einrichtungen zur Zuführung des festen Brennstoffs und zur Abführung der Schlacke angegeben, die den Kontakt des Reaktors mit der Umgebung möglichst niedrig halten.
Nach der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung wird der feste Kohlenwasserstoffbrennstoff über die Zuführungseinrichtung 8 auf eine langsam betriebene Steigfördereinrichtung 34 in den Reaktor 2 eingebracht. Die bei der Reaktion anfallende Abfallschlacke wird auf dem Förderer 40 abgeschieden, während die kommerziell verwertbaren Produkte Teer, Benzol etc. für eine technische Weiterverarbeitung in dem Strömungssammler 36 gesammelt werden.
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Einrichtung wird die auf dem Förderband 40 vorliegende Schlacke 38 über den Austrittsschlitz 42 des Reaktors ausgetragen, welcher Austrittsschlitz von Kohlendioxidzuführungsleitungen 12 umgeben ist, um die Lufteinführung in den Reaktor möglichst niedrig zu halten. Oberhalb des Schlackenaustrittsbereiches ist eine Abgashaube 50 angeordnet, mit der über das Gebläse 18 die Abgase in den Schornstein 28 abgeführt werden.
Wie in der Fig. 4 dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in einer Einrichtung, die eine Vielzahl von Gas-Feststoffreaktoren 102 umfaßt durchgeführt werden, welche Einrichtung bespielsweise in der Nähe der Gewinnungsstädten von Torf, ölschiefer oder Kohle liegt.
Ebenso wie bei der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 verdeutlichten Ausführungsform sind die Reaktoren vorzugsweise wärmeisoliert, beispielsweise mit Hilfe von feuerfesten Ziegeln, um Wärmeverluste zu verhindern und die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in den Reaktoren zu erleichtern..Der feste, kohlenstoffhaltige Brennstoff wird kontinuierlich mit Hilfe der Zuführungseinrichtungen 108 in die Reaktoren eingeführt, die in Abhängigkeit von dem verwendeten festen Brennstoff mit Hilfe der Heizeinrichtungen 110 vorzugsweise bei einer konstanten Temperatur zwischen 500 und 700"C gehalten werden. Alternativ ist es, wie bereits angegeben, weiterhin möglich, die Wärme in den Reaktoren zu erzeugen und zu regulieren, statt äußere Heizeinrichtungen 110 zu verwenden, indem man thermostatisch gesteuerte Lufteinlaßventile 106 vorsieht, mit denen eine gesteuerte begrenzte Luftzufuhr in die Reaktoren ermöglicht wird, was zur Folge hat, daß eine teilweise exotherme Verbrennung der brennbaren Materialien in den Reaktoren erfolgt, die dazu ausreicht, die Temperatur in dem gewünschten Bereich zu halten.
Bei den gesteuerten Bedingungen in den Reaktoren werden neben Kohlenmonoxid aus dem ölschiefer, dem Torf, der Kohle oder den Holzschnitzeln die brennbaren Gase Wasserstoff und Methan sowie Wasserdampf freigesetzt. Teer, Schwefel, Benzol (C6H6) und andere Abfallchemikalien fließen über die Leitung 136 nach unten aus dem Reaktor ab und können in der nachstehend beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden. Die Schlacke 138 wird mit Hilfe der Förderer 140 (siehe Fig. 4) oder mit Hilfe anderer Einrichtungen ausgetragen und kann für die Herstellung von Zement verwertet werden. Wie bereits angegeben besitzen die gebildeten Gase niedrige spezifische Gewichte, nämlich: CO = 1,25; H2 = 0,09; CH4 = 0,716; Wasserdampf = 0,805; so daß diese Gase nach oben in den Leichtgassammler 114 strömen, aus dem sie über Gasfilter 101 und Verdichter 103 in Reservegasbehälter 105 überführt werden, aus denen sie über eine zwischengeschaltete Verdichterstation 107 den Versorgungsnetzen 109 der Verbraucher zugeführt werden.
In den Fig. 5 und 6 sind mögliche Einrichtungen zur Zuführung des festen Brennstoffs und zum Austragen der Schlacke gezeigt, mit denen der Kontakt des Reaktors mit der Umgebung möglichst niedrig gehalten werden kann.
Bei der in der Fig. 5 dargestellten Einrichtung wird der feste Kohlenwasserstoffbrennstoff über die Zuführungseinrichtung 108 auf eine langsam laufende Steigfördereinrichtung 134 in den Reaktor 102 eingeführt.
Die bei der Reaktion anfallende Abfallschlacke wird schließlich auf dem Förderband 140 abgeführt, während die kommerziell nutzbaren Abfallprodukte Teer, Benzol etc. zur weiteren industriellen Verarbeitung in dem Strömungssammler 136 gesammelt werden.
Beispielsweise werden der flüssige Teer und andere Abfälle in einem gemeinsamen Behälter 111 (Fig. 4) zur Sammlung des Teers überführt, aus dem sie mit Hilfe der Pumpen 115 über die Filter 113 und gegebenenfalls über Reservelagertanks 117 einer zwischengeschalteten Pumpstation 119 zugeführt werden, die den Teer oder die daraus gewonnenen Produkte den Verbrauchern über das Versorgungsnetz 121 zuführt.
Vorzugsweise ist der Reaktor in 2 Zonen A und B geteilt, wobei Teer, Benzol etc. den Reaktor in der ersten Zone A verlassen, wonach das in die zweite Zone B überführte Material auf eine höhere Temperatur (beispielsweise 600 bis 700"C ) erhitzt wird, als sie in der ersten Zone angewandt wird (500 bis 5500C).
Um die angegebene Temperaturdifferenz zu erzeugen, ist es möglich jede'Zone mit einer getrennten (nicht dargestellten) Heizeinrichtung oder mit getrennten thermostatisch gesteuerten Lufteinlaßventilen 106 auszurüsten.
Bei der in der Fig. 6 dargestellten Einrichtung wird die auf dem Förderband 140 liegende Schlacke 138 über den Austrittsschlitz 142 aus dem Reaktor abgeführt, welcher Austrittsschlitz mit Abgashauben 150 versehen ist, die die Lufteinführung in den Reaktor möglichst niedrig halten. Diese Abgashauben 150 sind mit Saugeinrichtungen, wie einem Gebläse 118 versehen, mit dem die Abgase in den Schornstein 128 abgeführt werden.
Weiterhin können zusätzlich thermostatisch gesteuerte reversible Luftzuführungsventile 206 in dem Austrittsbereich angeordnet werden, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, die nicht nur dazu dienen, die Luftzufuhr zu steuern, sondern die auch als zusätzliche Luftabführungseinrichtungen dienen.
Es ist festzuhalten, daß in den erfindungsgemäß angewandten Reaktoren 80 - 85 Gew.-% der Holzspäne, 65 - 70 Gew.-% des Torfs, 80 - 90 Gew.-% des ölschiefers und 40 - 60 Gew.-% der Braunkohle in gasförmige Produkte umgewandelt werden können, woraus sich ohne weiteres die erheblichen Vorteile der Erfindung ablesen lassen.
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Claims

Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Vergasung eines festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs aus der ölschiefer, Kohle, Torf und Holz umfassenden Gruppe, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man a) den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit Hilfe eines Stetigförderers durch einen Reaktor führt, in dem die Temperatur auf etwa 400 bis 700°C erhöht und gehalten wird, und den festen Brennstoff in Gegenwart einer beschränkten Sauerstoffmenge bei begrenzten Oxidationsreaktionen zu einem brennbaren Gas uiid einem Rückstandsabfallprodukt zersetzt; b) das brennbare Gas und andere begleitende Gase zur kommerziellen Verwendung aus dem Reaktor abführt; und c) das Abfallprodukt des umgesetzten festen Brennstoffs kontinuierlich von dem SteLigförderer abführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Luft gesteuert in einer begrenzten Menge in den Reaktor einführt, um nur eine teilweise exotherme Verbrennung der brennbaren Materialien im Inneren des Reaktors zu ermöglichen, die dazu ausreicht die Temperatur in dem Reaktor im Bereich von etwa 400 bis etwa 700"C zu halten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das ausgetragene Abfallprodukt zur weiteren industriellen Weiterverarbeitung und Verwendung sammelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man als festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff ein aus der ölschiefer, Torf und Braunkohle umfassenden Gruppe ausgewähltes Material verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man einen Reaktor verwendet, der mindestens zwei getrennt erhitzte Zonen umfaßt, wobei sich der Förderer in dem Reaktor von einer ersten Zone niedriger Temperatur zu einer zweiten Zone höherer Temperatur erstreckt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Vergasung von und Energiegewinnung aus festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, die aus der Kohle, ölschiefer und Torf umfassenden Gruppe ausgewählt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man a) den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff mit Hilfe eines Stetigförderers durch einen Reaktor führt, der im wesentlichen mit Kohlendioxid gefüllt ist, und die Temperatur in dem Reaktor auf mindestens etwa 4000C erhöht, um den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff bei weitgehender Abwesenheit von Luft endotherm mit dem Kohlendioxid unter Bildung von Kohlenmonoxid umzusetzen; b) das relativ leichte Kohlenmorloxid und andere begleitende Gase aus dem oberen Bereich des Reaktors in eine Brennkammer überführt, in der das Kohlenmonoxidgas exotherm mit Sauerstoff unter Bildung von Kohlendioxid reagiert, zur Erzeugung von sowohl Wärmeenergie als auch Gasdruckenergie; c) mindestens einen Teil der aus der Brennkammer austretenden Gase in einen Reaktor zur Umsetzung mit festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff zurückführt; und d) das Abfallprodukt der Umsetzung des festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit Kohlendioxid durch Abführen aus dem Stetigförderer zur weiteren industriellen Verarbeitung und Verwendung sammelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man den Reaktor bei einer Temperatur von etwa 500°C bis etwa 55O0C hält.
8. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das in dem Reaktor gebildete Kohlenmonoxidgas in die Brennkammer einer Gasturbine einführt, um die durch die Umsetzung des Kohlenmonoxids mit Sauerstoff gebildete Gasdruckenergie zum Antrieb der Gasturbine auszunützen.
9. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das in dem Reaktor erzeugte Kohlenmonoxidgas dem Gasbrenner eines Dampferzeugers zuführt, um die durch die Umsetzung des Kohlenmonoxids mit Sauerstoff erzeugte Wärme zum Erhitzen des in den Röhren des Dampferzeugers zirkulierenden Wassers auszunützen.
10. Verfahren zur wirtschaftlichen Umwandlung von mit flüssigem Brennstoff geheizten, dampfbetriebenen Elektrizitätswerken in ein mit festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff betriebenes System, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man einen Gas-Brennstoff-Reaktor mit dem Dampferzeuger des Elektrizitätswerks in Reihe schaltet und die Maßnahmen des Verfahrens gemäß Anspruch 6 durchführt.