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Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach welchem feste Brennstoffe mittels Wasserdampf und
Luft, mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mittels reinem Sauerstoff in Generatoren mit zwei an ihren Unterteilen miteinander verbundenen Schächten vergast werden.
Zum Betriebe solcher zweisehachtiger Generatoren wurde bereits vorgeschlagen, den Brennstoff durch Einblasen von Luft in die vereinigten Schachtunterteile zum Glühen zu bringen, dann die Luftzufuhr zu unterbinden und durch die Oberteile der beiden Schächte abwechselnd Wasserdampf einzuleiten, bis der Brennstoff infolge der in entgegengesetzten Richtungen aufeinanderfolgenden Wasserdampfdurchgänge aufgezehrt und abgekühlt ist. Bei diesem Betriebe werden jedoch in unterbrochener Weise zwei verschiedene Gase gewonnen, nämlich einesteils Generatorgas während des Lufteinblasens und andernteils Wassergas während der Wasserdampfzufuhr. Demgegenüber bezweckt die Erfindung vor allem den Betrieb eines zweischachtigen Generators unter Gewinnung eines gleichmässig zusammengesetzten Wassergases kontinuierlich zu gestalten.
Gemäss der Erfindung wird Wasserdampf während der ganzen Betriebszeit des Generators eingeführt, wobei die Einführung in den Oberteil des einen Schachtes unmittelbar auf die Beendigung der Wasserdampfzufuhr in den Oberteil des andern Schachtes folgt und die gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Luft oder der Sauerstoff während derjenigen Zeit in den Unterteil des Generators eingeblasen wird, während welcher dieser von den Gasen durchzogen wird. Infolge dieses Luft-oder Sauerstoffeinblasens bleibt die Temperatur im Generatorunterteile dauernd oberhalb der Reaktionstemperatur von Wasserdampf und Brennstoff. Da die Luft mehr oder weniger Sauerstoff enthalten kann, wird auch das erzeugte Wassergas mehr oder weniger reich an Stickstoff sein ; beim Einblasen reinen Sauerstoffes wird ausschliesslich Wassergas sehr hoher Reinheit gewonnen.
Das Einblasen von Sauerstoff hat im übrigen noch den Vorteil, dass es eine Verringerung der einzublasenden Gasmenge sowie eine Vergrösserung der durch die Schachtoberteile einzuführenden Wasserdampfmenge ermöglicht, derart, dass sich die Wärmemenge, welche in den im Generator erzeugten Gasen enthalten ist und die durch den eingeführten Wasserdampf entzogene Wärmemenge gegenseitig im wesentlichen ausgleichen und daher Wärmeverluste ausserhalb des Generators vermieden werden.
Im Falle der Verwendung von Sauerstoff wird dieser gemäss der Erfindung nur während eines Teiles der Vergasungszeit eingeführt, nämlich nur während der letzten zwei Drittel jeder der Perioden, während welcher durch die Schachtoberteile Wasserdampf eingeführt wird.
Auf der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens schematisch veranschaulicht.
Der Wasserdampf tritt bei (t'oder a"abwechselnd von oben in die Generatoren A'oder A"ein, wird durch einen der beiden Generatorschächte nach unten geleitet und bewirkt auf dem Wege durch die glühende Kohlenschieht die Vergasung, um dann durch den Verbindungskanal B in den andern Generatorschacht überzutreten und durch dessen Kohlenfüllung nach oben geleitet zu werden. Das Gas gibt hiebei in bekannter Weise seine bedeutende Wärme wieder an die Kohle ab und wird mit einer geringen Temperatur aus dem Generator bei b'und b"abgeleitet. Durch das Ventil k wird Luft oder reiner Sauerstoff oder praktisch nahezu stickstofffreie Luft eingeführt.
Beim Sauerstoffbetrieb erfolgt die Einleitung nicht kontinuierlich, denn im ersten Drittel jeder Umsehaltperiode liefert die glühende, durch den Sauerstoff auf etwa 1250 erhitzte und als Wärmespeicher wirkende Kohle selbst die notwendige Wärme.
Erst wenn diese Wärme verbraucht ist, also etwa während der letzten zwei Drittel jeder Arbeitsperiode,
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wird es nötig, Sauerstoff einzuleiten, weil sonst der Generator während der ersten Minuten nach der jeweils letzten Umschaltung zu heiss gehen würde. Aus diesem Grunde ist jeder Generatorhälfte ein von der Temperatur des glühenden Kohleninhalts beeinflusster : Regler m'bzw. mit zugeordnet, der je ein Sauerstoffventil o'bzw. o"steuert und.-dieses erst öffnet, wenn die Temperatur im Unterteil des Generators unter etwa 8000 gesunken ist.
Dis diese Einrichtung vervollständigende Dreiweg-SauerstoffUmschaltventil p wird jedoch zusammen mit den andern Umschaltventilen für Wasserdampf und Gas betätigt und sperrt daher die Sauerstoffzufuhr zu demjenigen der beiden Reglerventile o', o", welches mit der jeweils vom abziehenden Gas beheizten Generatorhälfte in Verbindung steht.
Der Kohleninhalt des Generatorschachtes, in welchen der Wasserdampf von oben eingeleitet wird, kühlt sich dabei fortschreitend von oben nach unten immer mehr ab und der andere Generatorsehacht, aus dem das Gas abzieht, wird in der gleichen Zeit fortschreitend von unten nach oben erhitzt. Nach 5-10 Minuten wird umgeschaltet und der Wasserdampf durch den andern, vorher erhitzten Generatorschacht oben eingeleitet und aus dem inzwischen abgekühlten Generatorschacht oben herausgeführt. Das Umschalten erfolgt selbsttätig durch einen mit Druckluft betriebenen Servomotor e. Der Wasserdampf tritt abwechselnd bei r oder t'in das Umschaltventil g'und t'ein ; das Gas verlässt den Generator abwechselnd bei b"und b'.
Die Arbeitsweise des Gaserzeugers im normalen Betrieb ist also die folgende : Der Wasserdampf wird bei f' (bei geschlossenem Umschaltventil b') in den oberen Teil des Schachtes A' eingeführt, dessen Brennstoffbeschickung während einer vorhergehenden Arbeitsperiode erwärmt wurde ; der Wasserdampf erhitzt sich allmählich während seiner Bewegung von oben nach unten in diesem Schacht A'und zersetzt sich im unteren. Teil des Gaserzeugers unter Bildung von Wassergas ; während des Durchganges des Wasserdampfes durch den unteren Teil B des Gaserzeugers wird in diesen entweder Sauerstoff oder an solchem mehr oder weniger angereicherte Luft eingeführt.
Bei Verwendung von Sauerstoff kann die Dauer seines Einleitens in den Gaserzeuger auf nur einen Teil der Dauer der Wasserdampfzufuhr in den Gaserzeuger eingeschränkt werden. Durch das Einleiten von Luft bzw. Sauerstoff wird die Temperatur im unteren Teile des Gaserzeugers stets oberhalb der Temperatur gehalten, die nötig ist, um Wassergas durch Einwirkung glühenden Kohle auf Wasserdampf zu bilden. Die im unteren Teile des Gaserzeugers erzeugten Gase, d. i. bei Lufteinführung stickstoffhaltiges Generatorgas und Wassergas, bei Sauerstoffeinführung kohlenoxydreicheres Wassergas, steigen dann in den Schaeht A", dessen Brennstoff während einer vorhergehenden Arbeitsperiode durch den in diesen Schacht von oben eingeführten Wasserdampf abgekühlt wurde ; hiedurch wird der Brennstoff erwärmt.
Die Gase entweichen bei but ;
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bei geschlossenem Ventil b"Wasserdampf durch f"in A'i"eingeführt. Der Wasserdampf erwärmt sich in Alt durch seine Berührung mit dem in der vorhergehenden Arbeitsperiode erwärmten Brennstoff und bildet während seiner Bewegung von oben nach unten durch Reaktion mit dem auf Rotglut erhitzten Brennstoff im unteren Teil des Gaserzeugers Wassergas. Gleichzeitig wird Luft oder Sauerstoff in den unteren Teil B des Gaserzeugers eingeführt und hiedurch die für die endotherme Bildung von Wassergas nötige Temperatur aufrechterhalten.
Die gebildeten Gase steigen dann in den Schacht A', erwärmen den während der vorhergehenden Arbeitsperiode durch die Einleitung von Wasserdampf gekühlten Brennstoff und entweichen bei geschlossenem Ventil t durch-b'. Wenn die Temperatur der austretenden Gase eine bestimmte Höhe erreicht hat, wird zu der vorbesehriebenen ersten Arbeitsperiode zurückgekehrt, während welcher die Wasserdampfeinleitung in'den Schacht L'bei/''erfolgt. Der Arbeitsgang wiederholt sich dann in der soeben beschriebenen Weise. Ein vollständiger Zyklus umfasst also eine Arbeitsperiode der Wasserdampfzufuhr in den Schacht A ! und eine darauffolgende Arbeitsperiode der Wasserdampfzufuhr in den Schacht A". Die Einleitung von Luft bzw.
Sauerstoff in den Unterteil des Gaserzeugers erfolgt während der ganzen bzw. nur während eines Teiles der Dauer, während welcher der Gasstrom diesen Unterteil des Gaserzeugers durchströmt.
Die zu vergasende. Kohle enthält in der Regel sehr viel Teer, der zwar beim Erhitzen der Kohle destilliert, sich aber, weil er nur bei einer Temperatur über etwa 300"C als Dampf bestehen kann, stets wieder verflüssigt, sobald er vor dem Austritt aus dem Generator neuerlich mit der frisch aufgegebenen kalten Kohle in Berührung kommt.
Der Teer muss aber in dampfförmigem Zustande aus dem Generator vollständig herausgeleitet werden, Zu diesem Behufe wird die Arbeitsperiode der Wasserdampfzufuhr bis zum nächsten Umschalten etwa einmal oder zweimal während jeder Betriebsstunde so lange ausgedehnt, bis die abziehenden Gase eine Temperatur von 400 bis 5000 annehmen und der im Brennstoff enthaltene Teer in Dampfform aus dem Generator austritt.
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