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Einrichtung zur Erzeugung von Wassergas.
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Erzeugung von Wassergas aus bituminösen Brennstoffen, wie Braunkohlen, Steinkohlen od. dgl., mittels eines im Kreislauf durch einen mit dem Brennstoff gefüllten Gaserzeuger und einen oder mehrere'Gaserhitzer (Regeneratoren) geleiteten
Gemisches von Wassergas und Wasserdampf.
Es ist bekannt, Wassergas aus festen Brennstoffen dadurch zu erzeugen, dass der zu vergasende Brennstoff mit einem hocherhitzte Gemisch von Wasserdampf und einem Gas, vorzugsweise Wassergas, in Berührung gebracht wird. Die Wassergasbildung geht nur dann vor sich, wenn Wärme zugeführt wird. Die Vorwärmung des für die Wassergasbildung benötigten Dampfes auf praktisch erreichbare Temperaturen genügt allein nicht, um den Wärmebedarf der Wassergasreaktion zu decken. Behandelt man aber den Brennstoff mit einem Gemisch von Wasserdampf und Wassergas in geeignetem Mengenverhältnis, so gelingt es, durch das erhitzte Wassergas als Wärmeüberträger genügend Wärme in den Brennstoff einzuführen.
Diese Art Wassergaserzeugung kann auch kontinuierlich ausgeführt werden, beispielsweise so, dass das Gas-Dampf-Gemisch abwechselnd in einem von zwei Regenerativ-Gaserhitzern aufgeheizt wird.
Die bisher bekanntgewordenen Vorschläge zur Erzeugung von Wassergas auf diese Weise sind in der Hauptsache deshalb nicht ausgeführt oder nicht erfolgreich gewesen, weil es nicht gelang, durch den zu vergasenden Brennstoff jene grosse Menge an genügend hoch vorerhitztem Dampf-Gas-Gemiseh hinreichend gleichmässig verteilt durchzuleiten, die zur Erzeugung grösserer Mengen Wassergas notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung löst also in erster Linie die Aufgabe, eine zur vornehmlich kontinuierlichen Erzeugung von Wassergas geeignete Anlage nach dem eingangs gekennzeichneten Verfahren zu schaffen, in welcher die Herstellung sehr grosser Wassergasmengen mit hinreichender Betriebssicherheit und mit einem wirtschaftlich tragbarem Kapitalaufwand möglich ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Erzeugung von Wassergas aus bituminösen Brennstoffen nach dem eingangs erläuterten Verfahren ist wesentlich dadurch gekennzeichnet, dass ein schachtförmiger Gaserzeuger, in dessen unterem Teil ein aus einer Reihe von horizontalen, die Längsseiten des Vergasungsschachtes verbindenden und aus feuerfestem Material hergestellte Brücken bestehender Rost angeordnet ist, angewandt wird und dass diese Rostbrücken mit Kanälen versehen sind, die einerseits mit dem zum Aufheizen des im Kreislauf gehaltenen Gas-Dampf-Gemisches dienenden Gaserhitzer und anderseits mit dem Schachtinnern in Verbindung stehen,
wobei ferner im mittleren Teil des Vergasungsschachtes Öffnungen zum Abziehen von Nutzgas und im oberen Teil des Vergasungsschachtes mit dem Gaserhitzer verbundene Öffnungen zum Abziehen von Gas zu dem Gaserhitzer vorgesehen sind.
Schachtförmige Gaserzeuger mit brückenartigen oder sternartigen inneren Trennwänden in den Kanälen zum Einleiten von Vergasungsmedien in die Schachtfüllung sind an sich bekannt (vgl. beispielsweise die amerikanischen Patentschriften Nr. 1660202 und 1831788). Sie wurden aber bisher lediglich zur Herstellung von Generatorgas oder zur Herstellung von Wassergas nach dem bekannten diskontinuierlichen Verfahren benutzt, wobei in einer Betriebsperiode Luft durch die mittlere Reihe
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der Kanäle in die Gaserfüllung eingeblasen und nach unten geleitet wurde und in der nächsten Betriebsperiode auf dem gleichen Wege Wasserdampf.
Ferner besteht die Erfindung darin, dass der Vergasungsschacht zwei mit Abstand übereinander liegende Reihen hohler Rostbrücken besitzt, von denen die unteren mit dem Gaserhitzer verbunden sind und die oberen zum Abziehen von Nutzgas aus dem Vergasungssehacht dienen.
Weiter sieht die Erfindung vor, in den Längswänden des Vergasungssehachtes unterhalb oder oberhalb der Widerlager der Rostbrücken Kanäle anzuordnen, welche mit den Kanälen der Rostbrücken in Verbindung stehen. Dabei werden gemäss der Erfindung die Kanäle der Rostbrücken von aussen mit verstellbaren Regulierorganen ausgestattet, durch welche die Menge der in die einzelnen Rostbrückenkanäle einströmenden gas-und dampfförmigen Mittel geregelt werden kann.
Ferner sind gemäss der Erfindung in den Aussenwänden des Vergasungsschachtes schräg abwärts gerichtete Stochöffnungen angeordnet, durch welche die Zwischenräume zwischen den Rostbrücken zugänglich sind, beispielsweise um Schlacken zwischen den Rostbrücken zu entfernen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere Vergasungssehächte zu einer baulichen Einheit vereinigt, in welcher die Vergasungsschächte mit ihren Längsseiten aneinanderstossen.
Die Erfindung besteht ferner noch darin, dass am unteren Ende des Vergasungssehachtes zum Entfernen der festen Rückstände eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen sind, die von einem mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Mantel gebildet werden. Diese Mäntel erhalten gemäss der Erfindung vorzugsweise die Form von Kästen, die gleichzeitig dazu benutzt werden, an Stelle von besonderen Trägern das Mauerwerk des Vergasungsschachtes unten abzustützen. Zweckmässig werden ferner gemäss der Erfindung die von der Kühlflüssigkeit erfüllten Kästen durch Rohrleitungen mit einem oberhalb der Kästen angeordneten Gefäss verbunden, welches teilweise von der Kühlflüssigkeit erfüllt ist und als Dampfsammler dient. Auf diese Weise wird die Bildung schädlicher Dampfräume in den Kühlkästen verhindert.
Schliesslich sieht die Erfindung noch vor, das Mauerwerk des Vergasungsschachtes aussen mit einem aus einzelnen Metallplatten bestehenden gasdichten Mantel zu umgeben. Die Platten dieses Mantels übergreifen einander, wobei der vorzugsweise im Querschnitt hakenförmig gebogene Randteil der äusseren Platte mit der inneren Platte, gegebenenfalls unter Verwendung eines elastischen Dichtungmittels, gasdicht verbunden ist.
Die im vorstehenden aufgeführten neuen Merkmale der Erfindung können einzeln oder zu mehreren vereinigt mit Vorteil angewandt werden. Als Beispiel für die praktische Verwirklichung der Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen eine Anlage zur Erzeugung von Wassergas dargestellt, die nunmehr im einzelnen beschrieben wird.
Auf der Zeichnung ist in Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Erzeugung von Wassergas in Seitenansicht und teilweise senkrechtem Schnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt in vergrössertem Massstab einen senkrechten Schnitt durch den eigentlichen Gaserzeuger. Fig. 3 in vergrössertem Massstab einen senkrechten Schnitt durch den Unterteil des Gaserzeugers, Fig. 4 ist ein waagrechter Schnitt gemäss Linie IV-IV der Fig. 3. Fig. 5 gibt in vergrössertem Massstab einen waagrechten Querschnitt durch eine Verbindungsstelle der Ummantelung des Gaserzeugers. wieder und Fig. 6 schliesslich zeigt eine Eckverbindung der Ummantelung.
Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Anlage dient ein Gaserzeuger 1 zur Aufnahme des zu vergasenden Brennstoffes. Als Brennstoff wird vorzugsweise ein sogenannter leicht reaktionsfähiger Brennstoff benutzt, beispielsweise Braunkohle, Lignit, gasreiche, nicht backende Steinkohle, Holz, Kokos- nussschalen od. dgl. In dem Gaserzeuger 1 wird der Brennstoff mit einem hoch erhitzten Gemisch von Wassergas und Wasserdampf in Berührung gebracht. Das heisse Gas-Dampf-Gemisch erwärmt dabei den Brennstoff auf so hohe Temperaturen, dass sich der Wasserdampf mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlensäure (Wassergas) umsetzt.
Die Konstruktion des Gaserzeugers 1 ist im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich. Der Gaserzeuger besitzt zwei rechteckige Vergasungsschächte, 2, die von den aus feuerfestem Mauerwerk gebildeten Aussenwänden 3 und der Mittelwand 4 gebildet werden. In der Decke des Gaserzeugers sind zwei Öffnungen 5 vorgesehen. Durch diese sind gasdicht je ein Füllrohr 6 in den Vergasungsraum 2 eingeführt.
Aussen ist an das Füllrohr 6 eine Beschickungseinrichtung 7 gasdicht angeschlossen, in welche Brennstoff durch den Trichter 8 eingefüllt werden kann. Durch Betätigen des Handhebels 9 kann ein innerhalb der Einrichtung 7 vorgesehenes Absperrorgan so geöffnet werden, dass der Brennstoff aus der Einrichtung 7 in das Füllrohr 6 fällt. Die Einrichtung 7 ist im wesentlichen ausgebildet wie die bekannten Beschickungseinrichtungen von Gaserzeugern.
In den rechteckigen Schächten 2 ist zwischen den Längswänden eine Reihe von Brücken 11 aus feuerfestem Material vorgesehen. In Fig. 1 sind diese Brücken 11 gestrichelt angedeutet. Nach oben laufen die Brücken 11 schneidenförmig zu. Vorzugsweise ist jede Gradzahlige der Brücken 11 höher ausgebildet als die damit abwechselnden Ungradzahligen. Dadurch wird verhindert, dass sich der Brennstoff zwischen den Brücken 11 festklemmt. Innerhalb der Brücken 11 sind Längskanäle vorgesehen, welche durch die Öffnungen 13 mit dem Vergasungssehacht 2 in Verbindung stehen. Die Längskanäle der Brücken münden sämtlich oder gruppenweise in Wandkanäle 15, welche in der einen
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oder in beiden Aussenwänden 3 des Gaserzeugers angeordnet sind.
Die Kanäle 15 liegen unterhalb der Brücken 11. Dadurch wird es möglich, in den Aussenwänden 3 stabile Mauerwerksteile als Wider-
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oder sonstigen Werkzeugen der Zwischenraum zwischen den Brücken 11 bearbeitet werden kann. Durch die Anordnung dieser Stochöffnungen ist es beispielsweise möglich, Schlacken zwischen den Brücken 11 zu entfernen oder so zu zerkleinern, dass sie durch die Zwischenräume zwischen den Brücken 11 nach unten absinken können.
Oberhalb der Brücken 11 sind in dem Schacht dachförmige Wandvorsprünge 10 vorgesehen, deren Höhlung nach unten offen ist. Das Innere dieser Wandvorsprünge steht mit dem Wandkanal M in Verbindung, der ähnlich dem Wandkanal15 angeordnet ist.
Von den Kanälen 15 führen ein oder mehrere Kanäle 17 nach aussen. Die Kanäle 17 stehen mit einer Rohrleitung 18 in Verbindung, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erstreckt sich die Rohrleitung 18 über die ganze Länge des Gaserzeugers 1. Die Rohrleitung 18 führt zu einem senkrechten Schacht 19. Die Verbindung der Rohrleitung 18 mit dem Schacht19 kann durch einen Schieber 20 oder ein sonst geeignetes Absehlussorgan, das hohe Temperaturen auszuhalten vermag, unterbrochen werden. Am oberen Ende-bei 22-steht der Schacht 19 mit dem oberen Ende eines turmartigen Gaserhitzers 21 in Verbindung.
Die in der Seitenwand 3 des Gaserzeugers 1 vorgesehenen Kanäle 14 stehen mit Kanälen 23 in Verbindung, die zu aussen an dem Gaserzeuger vorgesehenen Staubabscheidekammern 24 führen.
Die durch die Kanäle 14 entweichenden Gase enthalten aus Gründen, die im nachfolgenden noch näher erläutert werden, vielfach eine grosse Menge Staub, welcher vor der Weiterverarbeitung der Gase entfernt werden muss. Der in den Staubabscheider 24 sich absetzende Staub wird am Boden der Abscheidekammern durch die verschliessbaren Öffnungen 25 abgezogen. Von den Staubabscheidern führt eine Rohrleitung 26 zu einem Dampfkessel 27 oder einem sonst geeigneten Wärmeaustauscher, in welchem die heissen Gase ihre Wärme abgeben. Von der Einrichtung 27 gelangen die gekühlten Gase durch die Rohrleitung 29 zu einem Wascher 28, in welchem die Gase von den letzten Mengen Staub und andern unerwünschten Bestandteilen befreit werden.
Die Einrichtung 28 steht durch die Rohrleitung 30 mit einem Gassauger 31 in Verbindung, aus dem das gereinigte und gekühlte Gas durch die Rohrleitung 32 zur weiteren Verwendung abgezogen werden kann.
In der Decke des Gaserzeugers ist neben den Brennstoffeinfüllöffnungen 6 eine weitere Öffnung 33 vorgesehen. Durch diese können die Gase aus dem oberen Teil des Gaserzeugers abgezogen werden. Zu diesem Zweck ist in der mittleren Trennwand zwischen den Kammern 2 eine Verbindungsöffnung 34 vorgesehen. Statt dessen ist es aber auch möglich, für jede der Kammern 2 eine besondere Gasabzugs- öffnung 33 anzubringen.
An die Gasabzugsöffnung 33 ist eine Rohrleitung 35 angeschlossen, welche zu einem Staubabscheider 36 führt. Die aus dem Gase in dem Abscheider 36 entfernten Bestandteile können durch die verschliessbare Öffnung 37 entfernt werden. Von dem Staubabscheider 36 führt eine Rohrleitung 38 zu einer Entteerungseinrichtung 39, beispielsweise einem elektrostatischen Teerabscheider. Die Rohrleitung 38 und die Staubabscheider 36 werden zweckmässig mit einem die Wärme schlecht leitenden Material ausgekleidet, so dass sich die Gase dort nicht abkühlen können. Von der Entteerungseinrichtung 39 führt eine Rohrleitung 40 zu dem Gassauger 41. Dieser Gassauger 41 ist zweckmässig direkt mit dem Gaserzeuger 31 gekuppelt, so dass beide Gassauger durch den Motor 42 angetrieben werden können.
Der in der Entteerungseinrichtung 39 aus dem Gase sich absetzende Teer und sonstige Bestandteile können durch die verschliessbare Rohrleitung 43 abgezogen werden.
Von dem Gassauger 41 führt eine Rohrleitung 44 unter Zwischenschaltung eines Absperrorgans 45 zu dem unteren Ende des Gaserhitzers 21.
Das untere Ende des Gaserhitzers 21 steht ferner durch die von einem Absperrorgan 46 beherrsche Rohrleitung 47 mit dem Fuchs 48 in Verbindung, der zu einem auf der Zeichnung allerdings nicht dargestellten Kamin führt.
Am unteren Ende des Schachtes 19 sind unter Vermittlung von je einem Absperrorgan 49 die Rohrleitungen 50 und 51 angeschlossen. Die Rohrleitung 50 führt zu einer Einrichtung 52 und die Rohrleitung 51 zu einer Einrichtung 53. Die Einrichtungen 52,53 sind Rekuperatoren. Sie dienen zur Vorwärmung von Luft und gegebenenfalls auch Brenngas. In den Einrichtungen 52 und 53 sind im Innern beispielsweise eine Reihe von senkrechten Rohren 54 vorgesehen, die von dem vorzuwärmenden Mittel durchströmt werden. Zwecks Beheizung der Rohre 54 ist die Einrichtung 53 mit Gasluftbrennern 55 versehen, denen Brenngas und Luft durch die Leitungen 56 bzw. 57 zugeführt wird.
Die aus den Brennern 55 entweichenden heissen Verbrennungsgase ziehen aussen an den Rohren 54 der Einrichtung 53 entlang und geben dabei einen Teil ihrer Wärme an die Rohrleitungen 54 und damit an das durch diese Rohre strömende Mittel ab. Vom oberen Ende der Einrichtung 53 gelangen die heissen Verbrennungsgase durch die Verbindungsleitung 58 zu dem oberen Ende des Rekuperators 52, der ähnlich wie die Einrichtung 53 im Innern mit Rohren ausgestattet ist. Die heissen Verbrennungs-
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gase geben den Rest ihrer nutzbaren Wärme in der Einrichtung 52 ab und strömen schliesslich durch die Rohrleitung 59 zum Fuchs 48. Dem Rekuperator 53 wird beispielsweise Brenngas durch die Rohrleitung 60 und dem Rekuperator 52 beispielsweise Luft durch die Rohrleitung 61 zugeleitet.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist etwa folgendermassen :
Es sei angenommen, dass die Absperrschieber 49 am Fusse des Schachtes 19 geöffnet sind. Dann strömt erhitzte Luft und Brenngas in den Schacht 19 unten ein. Der Absperrschieber 20 ist in diesem Betriebszustand geschlossen, desgleichen auch der Schieber 45. Dagegen ist der Schieber 46 des Gaserhitzers 21 geöffnet. Die in den Schacht 19 eingeleiteten Gase verbrennen dort. Die heissen Abgase ziehen durch die Verbindungsleitung 22 in den Gaserhitzer 21 und geben dort ihre Wärme an das feuerfeste Gitterwerk 62 ab, das-ähnlich wie bei einem bekannten Cowper-von einer Auskleidung aus feuerfestem Material 63 umgeben ist.
Sobald das feuerfeste Gitterwerk 62 des Gaserhitzers 21 auf die gewünschte Temperatur gebracht ist, werden die Absperrschieber 49 und 46 geschlossen und die Absperrschieber 45 und 20 geöffnet.
Nunmehr wird mittels des Gebläses 41 durch die Rohrleitung 44 ein Gemisch von Wassergas, das aus dem unteren Teil des Gaserzeugers nach oben geströmt ist, von Schwelgas, das im oberen Teil des Gaserzeugers entstanden ist, und von Dampf in den Gaserhitzer 21 von unten eingeleitet. Das GasDampf-Gemisch erhitzt sich an dem heissen Gitterwerk des Gaserhitzers. Es strömt dann durch die Verbindung 22 in den Schacht 19, zieht dort abwärts und gelangt dann durch die geöffnete Rohrleitung 18 in die Kanäle 15 und in die Längskanäle der Brücken 11. Aus diesen strömt das heisse Gas-DampfGemisch durch die Öffnungen 13 in den in dem Gaserzeuger befindlichen Brennstoff. Das heisse GasDampf-Gemisch gibt seine Wärme an den Brennstoff ab, wobei durch Umsetzung des Dampfes mit dem Kohlenstoff Wassergas gebildet wird.
Ein Teil des gebildeten Wassergases wird nun unter den Wandvorsprüngen 10 aus den Schächten 2 des Gaserzeugers 1 abgezogen in den Wandkanal14. Dieser Teil des Gases gelangt durch die Rohrleitung 23 in den Staubabscheider 24 und danach in den Dampfkessel 27.
Von dort gelangt das Gas zu dem Wascher 28. Das gereinigte und gekühlte Gas kann schliesslich durch die Rohrleitung 32 als Nutzgas abgezogen werden.
Das übrige im unteren Teil der Vergasungsschächte 2 entstandene oder dort in die Kammern eingeleitete Gas strömt durch den Brennstoff oberhalb der Brücken 10 aufwärts. Es erwärmt dabei den Brennstoff, der dadurch entgast wird. Das Gemisch von Wassergas, Destillationsgas und Wasserdampf wird durch die Öffnungen 33 an der Decke des Gaserzeugers abgezogen. Die Öffnungen 33 liegen oberhalb der obersten Brennstoffschicht, so dass die Gase und Dämpfe aus dem Gaserzeuger durch den kalt aufgegebenen Brennstoff etwas gekühlt werden.
Diese Gase und Dämpfe strömen dann durch die Rohrleitung 35, den Staubscheider 36 und den Teerabscheider 39. In diesen Einrichtungen werden Staub und teerige Bestandteile, die im Gase nur als Sehwebestoffe enthalten sind, abgeschieden, während die dampfförmigen Bestandteile, insbesondere Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf, im Gase verbleiben. Das Gas hat demnach eine
Temperatur, die im wesentlichen über dem Taupunkt für Wasserdampf liegt.
Das noch warme, mit Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen beladene Gas wird dann mittels des Gebläses 41 durch die Rohrleitung 44 in den Gaserhitzer 21 gefördert. Dort wird es wieder aufgeheizt, um von neuem in den Gaserzeuger 1 zu strömen und dort die Wassergasreaktion zu bewirken. Unter
Umständen ist es übrigens zweckmässig, dem Gas vor dem Eintritt in den Gaserhitzer 21 eine gewisse
Menge Wasserdampf zuzusetzen, falls das aus dem Brennstoff bei der Destillation entstehende Wasser nicht für die Wassergasreaktion ausreicht.
Sobald die Temperatur im Gaserhitzer 21 unter den Punkt gesunken ist, bei welchem die Wasser- gasreaktion im Gaserzeuger 1 langsam zu werden beginnt, werden die Ventile 20,45 geschlossen und der Gaserhitzer nach Öffnen der Ventile 49 und 46 wieder aufgeheizt. Anstatt den Gaserzeuger 1 mit einem Gaserhitzer zu verbinden, wie auf der Zeichnung dargestellt, ist es auch möglich und vorteilhaft, den Gaserzeuger mit zwei oder mehr Gaserhitzern abwechselnd zu verbinden. In diesem Falle kann dem Gaserzeuger dauernd ein Strom Wassergas entnommen werden, da stets einer der Gaserhitzer auf hoher Temperatur ist und mit dem Gaserzeuger verbunden werden kann.
Die in dem im Umlauf gehaltenen Gase, das in den Gaserhitzer eingeleitet wird, enthaltenen
Kohlenwasserstoffe werden im Gaserhitzer oder im unteren Teil des Gaserzeugers, wo eine hohe
Temperatur herrscht, zusammen mit Wasserdampf unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenoxyd bzw. Kohlendioxyd umgesetzt. Infolgedessen enthält das durch die Kanäle der Brücken 11 aus dem
Gaserzeuger 1 abgezogene Nutzgas praktisch keine Kohlenwasserstoffe und besteht ausschliesslich aus Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlendioxyd.
Der bei der Vergasung des Brennstoffs übrigbleibende Rückstand passiert die Zwischenräume zwischen den Brücken 11 der Vergasungskammer 2 und gelangt dann in die Austrageschächte 65.
An die Schächte 65 schliessen sich unten Kühlräume 67 an. Diese werden gebildet von Kästen 68, 69, die aus Eisenblech oder einem sonst geeigneten Baustoff bestehen und mit Wasser gefüllt sind. In den Kühlräumen werden die Brennstoffrückstände auf die gewünschte Temperatur gekühlt, so dass sie ohne die Gefahr von Entzündungen aus dem Gaserzeuger abgezogen werden können.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Kühleinrichtungen 68 als rechteckige Kästen ausgebildet. Bei der auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsform werden die Kühlkästen ferner dazu benutzt, das mittlere Mauerwerk des Gaserzeugers unten abzustützen. Zu diesem Zweck ruhen die Enden der Kühlkästen 68 auf Betonträgern 70, die einen Teil des Unterbaues 71 des Gaserzeugers bilden.
Die Kühlkästen 68, 69 stehen durch die Rohrleitungen 72, 73 mit einem Verdampfergefäss in Verbindung, das neben dem Gaserzeuger und oberhalb der Kühlkästen 68, 69 angeordnet ist. Eine Pumpe 75 in der Rohrleitung 72 kann dazu benutzt werden, um die Kühlflüssigkeit zwischen den Kühlkästen und dem Verdampfergefäss 74 in Umlauf zu halten. Der in dem Verdampfergefäss entstehende Dampf kann durch die Rohrleitung 76 abgezogen werden. Der Dampf wird zweckmässig dem Umlaufgas zugesetzt, um dasselbe auf den für die Aufrechterhaltung der Wassergasreaktion erforderlichen Wasser-
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kann Dampf in nennenswerten Mengen in den Kühlkästen nicht entstehen, so dass sich in den Kühlkästen keine schädlichen Dampfräume bilden können.
Die Temperatur der Kühlkästen wird vorzugsweise so eingestellt, dass sie stets über dem Taupunkt für Wasser liegt. Dadurch werden Kondensationen von Wasser in dem innerhalb der Kühlkästen befindlichen Brennstoffrückstand verhindert. Dieses ist wichtig, weil der Brennstoffrückstand unter Umständen hydraulische Eigenschaften ähnlich wie Zement hat, so dass sich beim Eindringen oder Niederschlagen von Wasser innerhalb der Kühlkästen zementartige Klumpen bilden können, die eine klaglose Austragung des Gutes aus dem Gaserzeuger hindern.
An die Kühlräume 67 schliessen sich unten Trichter 77 an, aus denen der Brennstoffrückstand dauernd mittels einer besonderen Einrichtung entfernt wird. Der aus den Trichtern 77 abgezogene Brennstoffrückstand gelangt in einen Zwischenbehälter 78 und von dort nach Passieren eines Abschluss- organs 79 in den Abzugsbehälter 80, aus dem der Rückstand nach Bedarf in die Transportgefässe 81 abgelassen wird. Sämtliche mit dem Brennstoffrückstand erfüllten Räume oberhalb der Behälter 80 sind gasdicht ausgebildet, so dass kein Gas aus dem Gaserzeuger durch die Austrageeinrichtung entweichen kann.
Innerhalb des Gaserzeugers 1 herrscht während des Betriebes ein verhältnismässig hoher Druck.
Der Gaserzeuger ist daher mit besonderen Mitteln ausgestattet, um ein Entweichen von Gás durch Mauerwerksfugen und andere ungewollte Öffnungen zu verhindern. Zu diesem Zweck besitzt der Gaserzeuger-wie im einzelnen aus den Fig. 3-6 der Zeichnung ersichtlich-eine aus Eisenbleche oder einem sonst geeigneten Werkstoff bestehende Ummantelung. Diese Ummantelung wird von einzelnen Platten 82 gebildet. An den senkrechten Seiten des Gaserzeugers übergreifen die Platten 82 einander, wie aus Fig. 5 zu ersehen. Die einander übergreifenden Enden werden von den seitlichen Ankerständern 83 des Gaserzeugers gehalten. Am Ende der äusseren Platte jeder Verbindungsstelle ist ein winkelförmiges Eisen 84 befestigt.
In dem Hohlraum zwischen dem winkelförmigen Fortsatz 84 und der unteren Platte 82 wird ein Dichtungsmaterial, beispielsweise eine Mischung von Graphit und Asbest eingepresst, wie bei 85 in Fig. 5 angedeutet. Es ist ferner unter Umständen nützlich, die Endkante des Fortsatzes 84 - bei 86 der Fig. 5-mit der unteren Platte 82 durch Schweissung zu verbinden, wodurch eine vollkommen gasdichte Verbindung der Platten 82 erzielt wird. Der Fortsatz 84 kann dazu auch zweckmässig bogenförmig im Querschnitt ausgebildet werden.
In Fig. 6 ist die Verbindung der Platten 82 der Gaserzeugerummantelung an den unteren Kanten des Gaserzeugers dargestellt. Der Fortsatz 84 a ist hier in einer Aussparung 87 des Mauerwerks angeordnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erzeugung von Wassergas aus bituminösen Brennstoffen, wie Braunkohle, Steinkohle od. dgl., mit einem Gaserzeuger und damit verbundenen Gaserhitzer, die von einem im Kreislauf durch den mit dem Brennstoff gefüllten Gaserzeuger und einem Erhitzer (Regenerator) geleiteten, als Wärmeüberträger dienenden Gemisch von Wassergas und Wasserdampf durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger von einem im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Vergasungsschacht gebildet wird, in dessen unteren Teil eine Reihe von horizontalen, die Längsseiten des Schachtes verbindenden und aus feuerfestem Material bestehende Brücken angeordnet ist, und diese Brücken mit dem Gaserhitzer und dem Schacht verbundene Kanäle zum Einleiten des heissen Gas-Wasserdampf-Gemisches in den Schacht enthalten,
wobei ferner im mittleren Teil des Vergasungssehaehtes Öffnungen zum Abziehen von Nutzwassergas und im oberen Teil des Vergasungsschachtes mit dem Gaserhitzer verbundene Öffnungen zum Abziehen von Gas zu dem Gaserhitzer vorgesehen sind.
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Device for generating water gas.
The invention relates to devices for generating water gas from bituminous fuels, such as lignite, bituminous coal or the like, by means of a gas generator and one or more gas heaters (regenerators) which are circulated through a gas generator filled with the fuel
Mixture of water gas and water vapor.
It is known to generate water gas from solid fuels by bringing the fuel to be gasified into contact with a highly heated mixture of water vapor and a gas, preferably water gas. The formation of water gas only takes place when heat is supplied. The preheating of the steam required for water gas formation to practically achievable temperatures is not enough on its own to cover the heat demand of the water gas reaction. However, if the fuel is treated with a mixture of water vapor and water gas in a suitable proportion, it is possible to introduce sufficient heat into the fuel using the heated water gas as a heat exchanger.
This type of water gas generation can also be carried out continuously, for example in such a way that the gas-steam mixture is alternately heated in one of two regenerative gas heaters.
The previously known proposals for the generation of water gas in this way have mainly not been carried out or have not been successful because it was not possible to pass through the fuel to be gasified that large amount of sufficiently highly preheated steam-gas mixture in a sufficiently evenly distributed manner. which is necessary to generate larger quantities of water gas.
The present invention thus primarily solves the problem of creating a system suitable for the primarily continuous generation of water gas according to the method identified at the beginning, in which the production of very large amounts of water gas is possible with sufficient operational reliability and with an economically acceptable capital expenditure.
The device according to the invention for generating water gas from bituminous fuels according to the method explained at the beginning is essentially characterized in that a shaft-shaped gas generator is arranged in the lower part of a grate consisting of a series of horizontal bridges made of refractory material and connecting the long sides of the gasification shaft is used and that these grate bridges are provided with channels that are connected on the one hand to the gas heater used to heat up the gas-steam mixture kept in the circuit and on the other hand to the interior of the shaft,
wherein furthermore openings for drawing off useful gas are provided in the middle part of the gasification duct and openings connected to the gas heater for drawing off gas to the gas heater are provided in the upper part of the gasification duct.
Shaft-shaped gas generators with bridge-like or star-like inner partition walls in the channels for introducing gasification media into the shaft filling are known per se (cf., for example, American patents 1660202 and 1831788). So far, however, they have only been used for the production of generator gas or for the production of water gas by the known discontinuous process, with air passing through the middle row in one operating period
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of the ducts was blown into the gas filling and directed downwards, and water vapor in the same way in the next operating period.
Furthermore, the invention consists in the fact that the gasification shaft has two rows of hollow grate bridges lying one above the other at a distance, the lower ones of which are connected to the gas heater and the upper ones serve to draw off useful gas from the gasification shaft.
The invention also provides for channels to be arranged in the longitudinal walls of the gasification shaft below or above the abutments of the grate bridges, which channels are connected to the channels of the grate bridges. According to the invention, the channels of the grate bridges are equipped with adjustable regulating elements from the outside, by means of which the quantity of the gaseous and vaporous agents flowing into the individual grate bridge channels can be regulated.
Furthermore, according to the invention, in the outer walls of the gasification shaft, inclined downwardly directed puncture openings are arranged through which the spaces between the grate bridges are accessible, for example to remove slag between the grate bridges.
According to the present invention, several gasification shafts are preferably combined to form a structural unit in which the gasification shafts abut one another with their long sides.
The invention also consists in that one or more openings, which are formed by a jacket filled with a cooling liquid, are provided at the lower end of the gasification shaft for removing the solid residues. According to the invention, these jackets are preferably in the form of boxes which are used at the same time, instead of special supports, to support the masonry of the gasification shaft below. Furthermore, according to the invention, the boxes filled with the cooling liquid are expediently connected by pipelines to a vessel arranged above the boxes, which is partially filled with the cooling liquid and serves as a vapor collector. This prevents the formation of harmful vapor spaces in the cooling boxes.
Finally, the invention also provides for the masonry of the gasification shaft to be surrounded on the outside with a gas-tight jacket consisting of individual metal plates. The plates of this casing overlap one another, the edge part of the outer plate, which is preferably bent in the shape of a hook in cross section, being connected in a gas-tight manner to the inner plate, if necessary using an elastic sealing means.
The new features of the invention listed above can be used individually or in combination with advantage. As an example for the practical implementation of the invention, a system for generating water gas is shown in the accompanying drawings, which will now be described in detail.
In the drawing, a system for generating water gas is shown schematically in FIG. 1 in a side view and a partially vertical section. Fig. 2 shows on an enlarged scale a vertical section through the actual gas generator. 3 shows, on an enlarged scale, a vertical section through the lower part of the gas generator, FIG. 4 is a horizontal section along line IV-IV of FIG. 3. FIG. 5 shows, on an enlarged scale, a horizontal cross-section through a connection point of the casing of the gas generator. again and FIG. 6 finally shows a corner connection of the casing.
In the system shown in FIG. 1, a gas generator 1 serves to receive the fuel to be gasified. The fuel used is preferably a so-called slightly reactive fuel, for example lignite, lignite, gas-rich, non-baking hard coal, wood, coconut shells or the like. In the gas generator 1, the fuel is brought into contact with a highly heated mixture of water gas and water vapor . The hot gas-steam mixture heats the fuel to such high temperatures that the water vapor reacts with the carbon to form hydrogen, carbon dioxide and carbonic acid (water gas).
The construction of the gas generator 1 can be seen in detail from FIG. The gas generator has two rectangular gasification shafts, 2, which are formed by the outer walls 3 and the middle wall 4 made of refractory masonry. Two openings 5 are provided in the ceiling of the gas generator. A filling pipe 6 is introduced into the gasification chamber 2 through these in a gas-tight manner.
On the outside, a charging device 7 is connected to the filling pipe 6 in a gas-tight manner, into which fuel can be filled through the funnel 8. By operating the hand lever 9, a shut-off device provided within the device 7 can be opened in such a way that the fuel falls from the device 7 into the filling pipe 6. The device 7 is essentially designed like the known charging devices for gas generators.
In the rectangular shafts 2, a series of bridges 11 made of refractory material is provided between the longitudinal walls. In Fig. 1, these bridges 11 are indicated by dashed lines. The bridges 11 taper upwards in the form of blades. Preferably, each number of degrees of the bridges 11 is formed higher than the alternating odd numbers. This prevents the fuel from jamming between the bridges 11. Within the bridges 11, longitudinal channels are provided which are connected to the gasification shaft 2 through the openings 13. The longitudinal channels of the bridges open all or in groups into wall channels 15, which in one
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or are arranged in both outer walls 3 of the gas generator.
The channels 15 are below the bridges 11. This makes it possible to use 3 stable masonry parts as resistance in the outer walls.
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or other tools, the space between the bridges 11 can be machined. The arrangement of these puncture openings makes it possible, for example, to remove slag between the bridges 11 or to comminute them so that they can sink down through the spaces between the bridges 11.
Roof-shaped wall projections 10 are provided above the bridges 11 in the shaft, the cavity of which is open at the bottom. The interior of these wall projections is connected to the wall channel M, which is arranged similar to the wall channel15.
One or more channels 17 lead from the channels 15 to the outside. The channels 17 are in communication with a pipe 18 which is lined with refractory material. As can be seen from Fig. 1, the pipeline 18 extends over the entire length of the gas generator 1. The pipeline 18 leads to a vertical shaft 19. The connection of the pipeline 18 to the shaft 19 can be through a slide 20 or some other suitable shut-off device that able to withstand high temperatures are interrupted. At the upper end - at 22 - the shaft 19 is connected to the upper end of a tower-like gas heater 21.
The channels 14 provided in the side wall 3 of the gas generator 1 are connected to channels 23 which lead to the dust separation chambers 24 provided on the outside of the gas generator.
The gases escaping through the channels 14 often contain a large amount of dust for reasons that will be explained in more detail below, which must be removed before the gases can be further processed. The dust that settles in the dust separator 24 is drawn off through the closable openings 25 at the bottom of the separation chambers. A pipe 26 leads from the dust separators to a steam boiler 27 or another suitable heat exchanger in which the hot gases give off their heat. From the device 27 the cooled gases pass through the pipeline 29 to a scrubber 28, in which the gases are freed from the last amounts of dust and other undesirable components.
The device 28 is connected through the pipeline 30 to a gas suction device 31, from which the cleaned and cooled gas can be drawn off through the pipeline 32 for further use.
In addition to the fuel filler openings 6, a further opening 33 is provided in the ceiling of the gas generator. This allows the gases to be drawn off from the upper part of the gas generator. For this purpose, a connection opening 34 is provided in the central partition between the chambers 2. Instead, however, it is also possible to provide a special gas outlet opening 33 for each of the chambers 2.
A pipe 35, which leads to a dust separator 36, is connected to the gas discharge opening 33. The constituents removed from the gases in the separator 36 can be removed through the closable opening 37. A pipe 38 leads from the dust separator 36 to a de-tar removal device 39, for example an electrostatic tar separator. The pipeline 38 and the dust separator 36 are expediently lined with a material that conducts heat poorly, so that the gases cannot cool down there. A pipeline 40 leads from the de-cleaning device 39 to the gas suction device 41. This gas suction device 41 is expediently coupled directly to the gas generator 31 so that both gas suction devices can be driven by the motor 42.
The tar and other constituents that settle out of the gases in the de-tar removal device 39 can be drawn off through the closable pipeline 43.
A pipe 44 leads from the gas suction device 41 to the lower end of the gas heater 21 with the interposition of a shut-off device 45.
The lower end of the gas heater 21 is also connected through the pipeline 47, which is dominated by a shut-off element 46, with the fox 48, which leads to a chimney not shown in the drawing.
At the lower end of the shaft 19, the pipes 50 and 51 are connected by means of a shut-off device 49 each. The pipeline 50 leads to a device 52 and the pipeline 51 to a device 53. The devices 52, 53 are recuperators. They are used to preheat air and possibly also fuel gas. In the interior of the devices 52 and 53, for example, a series of vertical pipes 54 are provided through which the medium to be preheated flows. In order to heat the tubes 54, the device 53 is provided with gas-air burners 55, to which fuel gas and air are fed through the lines 56 and 57, respectively.
The hot combustion gases escaping from the burners 55 pull along the outside of the pipes 54 of the device 53 and in the process give off part of their heat to the pipes 54 and thus to the medium flowing through these pipes. From the upper end of the device 53, the hot combustion gases pass through the connecting line 58 to the upper end of the recuperator 52, which, like the device 53, is equipped with pipes inside. The hot combustion
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Gases give off the rest of their usable heat in the device 52 and finally flow through the pipeline 59 to the Fuchs 48. The recuperator 53 is fed, for example, fuel gas through the pipeline 60 and the recuperator 52, for example, air through the pipeline 61.
The operation of the device shown in Fig. 1 is roughly as follows:
It is assumed that the gate valves 49 at the foot of the shaft 19 are open. Then heated air and fuel gas flows into the shaft 19 below. The gate valve 20 is closed in this operating state, as is the valve 45. In contrast, the valve 46 of the gas heater 21 is open. The gases introduced into the shaft 19 burn there. The hot exhaust gases pull through the connecting line 22 into the gas heater 21 and there give off their heat to the refractory latticework 62, which is surrounded by a lining made of refractory material 63, similar to a known Cowper.
As soon as the refractory latticework 62 of the gas heater 21 is brought to the desired temperature, the gate valves 49 and 46 are closed and the gate valves 45 and 20 are opened.
A mixture of water gas, which has flowed upwards from the lower part of the gas generator, of carbonisation gas, which has arisen in the upper part of the gas generator, and steam is now introduced into the gas heater 21 from below by means of the fan 41 through the pipe 44. The gas / vapor mixture heats up on the hot lattice of the gas heater. It then flows through the connection 22 into the shaft 19, pulls down there and then passes through the open pipeline 18 into the channels 15 and the longitudinal channels of the bridges 11. From these, the hot gas-vapor mixture flows through the openings 13 into the in the fuel in the gas generator. The hot gas-vapor mixture gives off its heat to the fuel, whereby water gas is formed by reaction of the steam with the carbon.
Part of the water gas formed is now drawn off from the shafts 2 of the gas generator 1 under the wall projections 10 into the wall channel 14. This part of the gas passes through the pipe 23 into the dust separator 24 and then into the steam boiler 27.
From there the gas passes to the washer 28. The cleaned and cooled gas can finally be drawn off through the pipe 32 as useful gas.
The remaining gas that has arisen in the lower part of the gasification shafts 2 or is introduced into the chambers there flows upwards through the fuel above the bridges 10. It heats the fuel, which is thereby degassed. The mixture of water gas, distillation gas and water vapor is drawn off through the openings 33 on the ceiling of the gas generator. The openings 33 are located above the topmost fuel layer, so that the gases and vapors from the gas generator are somewhat cooled by the fuel fed in cold.
These gases and vapors then flow through the pipeline 35, the dust separator 36 and the tar separator 39. In these facilities, dust and tarry components, which are only contained in the gas as visual web substances, are separated, while the vaporous components, in particular hydrocarbons and water vapor, are deposited in the Gases remain. So the gas has one
Temperature that is essentially above the dew point for water vapor.
The gas, which is still warm and laden with water vapor and hydrocarbons, is then conveyed by means of the blower 41 through the pipe 44 into the gas heater 21. There it is heated up again in order to flow again into the gas generator 1 and cause the water-gas reaction there. Under
Incidentally, under certain circumstances it is advisable to give the gas a certain amount of time before it enters the gas heater 21
Add amount of steam if the water produced from the fuel during the distillation is not sufficient for the water-gas reaction.
As soon as the temperature in the gas heater 21 has dropped below the point at which the water gas reaction in the gas generator 1 begins to slow, the valves 20, 45 are closed and the gas heater is heated up again after the valves 49 and 46 have been opened. Instead of connecting the gas generator 1 to a gas heater, as shown in the drawing, it is also possible and advantageous to alternately connect the gas generator to two or more gas heaters. In this case, a stream of water gas can be continuously taken from the gas generator, since one of the gas heaters is always at a high temperature and can be connected to the gas generator.
Those contained in the circulating gases introduced into the gas heater
Hydrocarbons are in the gas heater or in the lower part of the gas generator, where a high
Temperature prevails, reacted together with water vapor to form hydrogen and carbon oxide or carbon dioxide. As a result, it contains through the channels of the bridges 11 from the
Gas generator 1 withdrawn useful gas practically no hydrocarbons and consists exclusively of hydrogen, carbon dioxide and carbon dioxide.
The residue remaining during the gasification of the fuel passes through the spaces between the bridges 11 of the gasification chamber 2 and then reaches the discharge shafts 65.
Cooling spaces 67 adjoin the shafts 65 at the bottom. These are formed by boxes 68, 69, which are made of sheet iron or another suitable building material and are filled with water. In the cooling rooms, the fuel residues are cooled to the desired temperature so that they can be drawn off the gas generator without the risk of ignition.
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As can be seen from the drawing, the cooling devices 68 are designed as rectangular boxes. In the embodiment shown in the drawing, the cooling boxes are also used to support the middle masonry of the gas generator below. For this purpose, the ends of the cooling boxes 68 rest on concrete beams 70 which form part of the substructure 71 of the gas generator.
The cooling boxes 68, 69 are connected through the pipes 72, 73 to an evaporator vessel which is arranged next to the gas generator and above the cooling boxes 68, 69. A pump 75 in the pipeline 72 can be used to keep the cooling liquid in circulation between the cooling boxes and the evaporator vessel 74. The vapor generated in the evaporation vessel can be drawn off through the pipeline 76. The steam is expediently added to the circulating gas in order to apply the same to the water required to maintain the water-gas reaction.
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steam cannot be generated in significant quantities in the cooling boxes, so that no harmful steam spaces can form in the cooling boxes.
The temperature of the cooling boxes is preferably set so that it is always above the dew point for water. This prevents condensation of water in the fuel residue inside the cooling boxes. This is important because the fuel residue may have hydraulic properties similar to cement, so that if water penetrates or precipitates inside the cooling boxes, cement-like lumps can form, which prevent the material from being discharged from the gas generator without any problems.
At the bottom of the cooling chambers 67 are funnels 77, from which the fuel residue is continuously removed by means of a special device. The fuel residue withdrawn from the funnels 77 arrives in an intermediate container 78 and from there, after passing through a closing element 79, into the discharge container 80, from which the residue is drained into the transport vessels 81 as required. All of the spaces above the container 80 filled with the fuel residue are designed to be gas-tight, so that no gas can escape from the gas generator through the discharge device.
A relatively high pressure prevails inside the gas generator 1 during operation.
The gas generator is therefore equipped with special means to prevent gas from escaping through masonry joints and other unwanted openings. For this purpose, the gas generator - as can be seen in detail in FIGS. 3-6 of the drawing - has a casing made of sheet iron or some other suitable material. This casing is formed by individual plates 82. On the vertical sides of the gas generator, the plates 82 overlap one another, as can be seen from FIG. The overlapping ends are held by the side anchor posts 83 of the gas generator. An angled iron 84 is attached to the end of the outer plate of each joint.
A sealing material, for example a mixture of graphite and asbestos, is pressed into the cavity between the angular extension 84 and the lower plate 82, as indicated at 85 in FIG. 5. It is also useful under certain circumstances to connect the end edge of the extension 84 - at 86 in FIG. 5 - to the lower plate 82 by welding, whereby a completely gas-tight connection of the plates 82 is achieved. For this purpose, the extension 84 can also expediently have an arcuate cross-section.
6 shows the connection of the plates 82 of the gas generator casing to the lower edges of the gas generator. The extension 84 a is arranged here in a recess 87 of the masonry.
PATENT CLAIMS:
1. Device for generating water gas from bituminous fuels, such as lignite, bituminous coal or the like, with a gas generator and associated gas heater, which is passed from a gas generator filled with the fuel in a circuit and a heater (regenerator) as a heat exchanger serving mixture of water gas and water vapor are flowed through, characterized in that the gas generator is formed by a gasification shaft with a substantially rectangular cross-section, in the lower part of which there is a series of horizontal bridges made of refractory material connecting the longitudinal sides of the shaft, and these bridges contain channels connected to the gas heater and the shaft for introducing the hot gas-water vapor mixture into the shaft,
wherein furthermore openings for drawing off service water gas are provided in the middle part of the gasification duct and openings for drawing off gas to the gas heater connected to the gas heater are provided in the upper part of the gasification shaft.