Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Prozessen, bei welchen fein verteilte feste Stoffe mit Gasen in Berührung gebracht werden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung von Prozessen, bei denen fein verteilte, z. B. feinkornige oder staubformige feste Stoffe mit Gasen oder Dämpfen in Berührung gebracht werden, indem die Gase mit den fein verteilten festen Stoffen beladen werden, und bei denen ein Wärmeumsatz stattfindet. Dabei kann es sich z. B. um die Durchführung von endothermen oder exothermen chemischen Reaktionen zwischen den festen Stoffen und den Gasen handeln, oder es kann auch eine Umsetzung zwischen einzelnen Komponenten des festen Stoffes und bzw. oder der STase stattfinden. Diese Prozesse können bei normaler, tieferer oder auch beliebig erhöhter Temperatur verlaufen.
Beispielsweise kann nach der Erfindung verfahren werden bei der Staubvergasung, bei der Erzeugung von Wassergas aus staubformi- gen Brennstoffen, der Entgasung von staub formigen Brennstoffen, bei der Herstellung von Aktivkohle, bei der Reduktion oder Oxy- dation von Metallverbindungen, bei der Trocknung organischer oder anorganischer Stoffe, bei Kondensationen, bei denen staubformige oder feinkörnige feste Körper zugegen sind, bei katalytischen Hydrierverfahren, z. B. der Kohlenoxydhydrierung zu Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffen und sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoff-Derivaten unter Mitwirkung von z. B. Nickel-, Kobalt-oder Eisenkatalysatoren oder dergleichen, bei denen der Katalysator feinkörnig und in bewegtem Zustand verwendet wird, oder ähnliehen Verfahren.
Die Erfindung wird im folgenden haupt sächlich am Beispiel der Vergasung staubfor- miger fester Brennstoffe erläutert. Bei dieser Vergasung unterscheidet man : die Schwebe- vergasung und die Fluidized -Vergasung.
Beide können, je nach den Stromungsverhältnissen, ineinander übergehen.
Die Schwebe-und die Fluidized -Vergasung werden heute vorzugsweise unter Verwendung von Sauerstoff als Vergasungsmittel durchgefiihrt, wobei im kontinuierlichen Betrieb ein stickstoffarmes, wassergasähnliehes Gas erzeugt wird.
Je nach der Geschwindigkeit und dem spezifischen Gewicht des Gases und seiner Beladung mit dem feinkörnigen oder staub- förmigen festen Stoff, der Körnung und dem spezifischen Gewicht des letzteren kann dieser im Gleichstrom von dem Gas durch den Reaktionsraum getragen oder aber in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand bewegt werden, wie dies z. B. bei der Vergasung nach Winkler oder bei der Fluidizedo-Technik bekannt ist, die für die katalytische Krackung von Oldämpfen, die Kohlenwasserstoff-Synthese oder auch die Kohlevergasung angewendet wird.
Bei der Sehwebevergasung, bei der der Brennstoff im Gleichstrom mit dem Gas durch den Reaktionsraum getragen wird, hat das Gas beim Austritt aus dem Reaktionsraum eine Temperatur, die im wesentlichen durch die Zusammensetzung und Temperatur des angewendeten Vergasungsmittels und die Reaktionsfähigkeit des Brennstoffes gegeben ist und erfahrungsgemäss bei etwa 750 bis 1200 C liegt. Bei der Fluidized -Vergasung liegen die Austrittstemperaturen des Gases etwa in gleicher Hohe.
Während man aber bei der Fluidized > - Vergasung auch im praktischen Betrieb einen guten Wärme-und Stoffumsatz erreicht, weil durch die Wirbelung hohe Relativgeschwin- digkeiten zwischen Brennstoff und Gasen und damit ein intensiver Wärme-und Stoffaustausch erzielt werden, hat sich gezeigt, dass I3 diese bei der Schwebevergasung häufig mangelhaft sind. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Brennstoff ist bei dieser nur gering, und es bewirkt hauptsächlich die Diffusion den Wärme-und Stoffaustausch, der aber unzureichend ist, so dass das Reaktions- gleichgewicht bei weitem nicht erreicht wird und sehr kohlenstoffhaltige Rückstände anfallen.
Bei der Fluidized -Vergasung tritt eine starke Durehmischung des Brennstoffes mit der Asche und damit eine Anreicherung des Brennstoffbettes mit Asche ein, so dass ein hoher Gehalt an Verbrennliehem sowohl in der ausgetragenen Asche als auch in dem mit dem Gas ausgetragenen Rüekstand in Kauf genommen werden muss. Beide Verfahren haben also gemeinsam den Nachteil eines geringen Wirkungsgrades des Kohlenstoffum- satzes und hoher Gasaustrittstemperaturen, so dass sich ein hoher Sauerstoffverbrauch ergibt.
Die Schwierigkeiten der Schwebevergasung hat man durch folgende Massnahmen zu beseitigen versucht :
1. Erhöhung der Aufenthaltsdauer des Staubes im Vergasungsraum durch Vergasung im aufsteigenden Gasstrom in einem konisehen Reaktionsraum, mit Abscheidung und Rückführung des nicht vergasten Staubes, und schliesslich durch Hintereinanderschaltung mehrerer Brennstoff-Kreisläufe.
2. Verkürzung der Vergasungszeit durch Steigerung der Relativgesehwindigkeit zwi- schen Staub und Vergasungsmittel, z. B. durch hohe Einblasegeschwindigkeiten oder Schleudern des Staubes durch Anwendung gekrümmter Bahnen (Gumz : Kurzes Handbuch der Brennstoff-und Feuerungsteehnik, Abschnitt Staubvergasung).
3. Hintereinanderschaltung eines Vergasungs-und eines Verbrennungsvorganges, das heisst die Abseheidung des unvergasten Staubes und seine Verbrennung in einer Kohlenstaubfeuerung.
Um mit Sieherheit einen völligen Ausbrand des Brennstoffes zu erzielen, hat man schliesslich höchste Reaktionstemperaturen durch unmittelbare Verbrennung mit reinem Sauerstoff angewendet, um dann die Reaktion mit hoch überhitztem Wasserdampf folgen zu lassen (Industrial Engineering Chemistry, Vol. 40, April 1948, S. 559 ff). Kann man hierbei auch eine gute Umsetzung des Kohlenstoffes erreichen, so ist doeh infolge hoher Gasaustrittstemperatur der Sauerstoffver- brauch höher als bei der üblichen Vergasung stüekiger Brennstoffe im ruhenden Brennstoffbett. Der Sauerstoff, der zum Zweeke der Vergasung, z.
B. nach dem Linde-Verfahren, durch Luftzerlegung erzeugt wird, ist trotz der fortgeschrittenen Teehnik ein kostspieliges Vergasungsmittel, sowohl hinsichtlich der Baukosten für die Erzeugungsanlagen als auch der Erzeugungskosten (Energiebedarf).
Da die Vergasung von Staub gegenüber von festem, stüekigem Brennstoff unbestrit- tene Vorteile, vor allem in der Verwendung billiger feinkörniger Brennstoffe bietet, ist man seit langem bemüht, einen Wassergaspro- zess für Staubkohle ohne Verwendung von zu sätzlichem Sauerstoff zu entwickeln.
Es ist bekannt (Gas-Journal vom 17. Sept.
1947, S. 617), die Fluidized -Technik anzuwenden und hierbei den Wärmebedarf der Reaktion durch im Überschuss umgewälzten, erhitzten Brennstoff bzw. Koks zu decken. Die innige Vermisehung von Brennstoff und Asche benachteiligt aber aueh bei diesem Ver fahren die Vergasungsreaktion und ihren Wirkungsgrad.
Ferner ist bekannt, den Wärmebedarf eines Prozesses, wie die Erhitzung von Gasen auf hohe Temperaturen oder die Verkokung von Kohle, unter Verwendung eines festen Wärmeträgers durchzufiihren. Nueh wurde schon im obern Teil eines Schachtofens der aus einem keramischen Material bestehende Wärmeträger mittels heisser Verbrennungsgase auf hohe Temperaturen erhitzt und dann in einen darunterliegenden Teil des Sehachtofens geführt, in den Öle zwecks Krackung eingespritzt wurden.
Die Teehnik thermischer Prozesse wird nun durch das Verfahren gemäss der Erfin dung, welches besonders für die Vergasung oder Entgasung staubformiger oder feinkör- niger Brennstoffe geeignet ist, grundlegend erweitert und bereichert. Das Verfahren ge mäss der Erfindung zur Durchführung von Prozessen, bei denen ein fester Stoff mit einem Gas in Berührung gebracht wird, indem das Gas mit dem festen Stoff in fein verteiltem Zustand beladen wird, und bei welchem ein Austausch von Wärme stattfindet, ist dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem fein verteilten festen Stoff beladene Gas durch einen Raum bewegt wird, durch den gleiehzeitig ein Strom eines kornigen bis stüekigen Wärme abgebenden bzw.
aufnehmenden Stoffes durchgeleitet wird.
Der körnige bis stüekige Wärmeträger kann z. B. aus Metall oder keramischen Stoffen bestehen. Er sollte natürlich so gewählt werden, dass er sieh zum Zweeke einer gleiehzeitigen oder nachfolgenden Trennung von dem fein verteilten Stoff im strömenden Gas eindeutig versehieden von dem fein verteilten Stoff verhält. Je nach der Geschwindigkeit und dem spezifisehen Gewieht des Gases und dem durch die Körnung und das spezifische Gewicht des fein verteilten Stoffes bedingten Verhalten in dem strömenden Gas kann sieh dieser im Gase im Zustand der Schwebe oder in einem einer siedenden Flüssigkeit ähnliehen Zustand befinden, während der Wärmeträger z.
B. in diehtem Strom durch den Behand lungsraum wandert, oder auch in einem aufgelockerten Strome durch das sprudelnde Bett des fein verteilten Stoffes absinken gelassen wird, wobei er lmter Umständen dureh die Gasströmung kaum beeinflusst wird. Es kann aber auch die Bewegung des Wärmeträgers ebenso wie die des fein verteilten Stoffes unter dem Einfluss der Gasströmung erfolgen, indem z. B. beide (fein verteilter Stoff und Wärmeträger) sich, einer siedenden Flüssigkeit ähnlich, aber trotzdem im strömenden Gas je nach Korngrösse und spezifischem Gewicht, versehieden verhalten, so dass eine Trennung beider voneinander entweder im gleichen oder in einem besonderen Raum möglich ist.
Zum Beispiel erhitzt man einen geformten Wärmeträger aus feuerfestem Material oder Metall, der eine Korn-oder Stüekgrösse von z. B. 8 mm oder darüber, etwa von 20 mm, oder auch eine kleinere Korngrösse hat, in einem geschlossenen Raum mit heissen Gasen.
Der heisse Wärmeträger wird dann in einen zweiten Raum geführt, der von Gasen durchströmt wird, welche den zu behandelnden festen, feinkörnigen oder staubförmigen Stoff tragen. Unter Abgabe von Wärme durch den Wärmeträger wird der beabsichtigte thermische Prozess zur Behandlung des mit dem Gas zugeführten festen Stoffes durchgefiihrt. Der abgekühlte Wärmeträger verlässt dann diesen Raum und wird zweckmässig wieder in den ersten Raum zurückgeführt und im Kreislauf gehalten.
L'berrasehenderweise wurde gefunden, dass in der Regel der zu behandelnde feste Stoff sich im Gas bei dessen Strömen durch die Schicht der Wärmeträger sehr gleichmässig verteilt und eine gleichmässige Wärmeüber tragung erreicht wird.
Abscheidungen des festen Stoffes auf den Wärmeträgerpartikeln, die eine Behinderung der Strömung verursachen, treten gewöhnlieh nicht auf. Bei Prozessen, bei denen chemische Reaktionen zwisehen den Gasen und den mitgeführten feinen festen Stoffen stattfinden, wird auch der Stoffumsatz bei diesen Reaktionen sehr gleichmässig, und es verlaufen die Reaktionen mit hohen Geschwindigkeiten.
Ferner hat sich gezeigt, da13 die gröberen Bestandteile der festen feinen Stoffe eine wesentlich längere Aufenthaltszeit zwisehen den Wärmeträgerpartikeln haben als die feineren Bestandteile. Dadurch entsteht der Vorteil, dass das gröbere Korn intensiver als das feinere behandelt wird, und z. B. bei der Vergasung so lange in Berührung mit dem Wärmeträger bleibt, bis es praktisch aufgezehrt ist. Man kann den fein verteilten festen Stoff nach Abtrennung vom Wärmeträger in Form eines Fluidized -Bettes weiter behan- deln.
Statt der Erwärmung des zu behandelnden Gemisches von Gasen und festen feinen Stoffen durch den Wärmeträger, kann man auch eine Kühlung durchführen, etwa derart, dass der Wärmeträger gekühlt in den Behandlungsraum eintritt, darin Wärme aufnimmt, ausgetragen wird und nach erneuter Kühlung in den Behandlungsraum zurüekkehrt.
Die Bewegung des Wärmeträgers durch den Behandlungsraum kann z. B. in vertikaler oder horizontaler Richtung geschehen. Das mit feinen festen Stoffen beladene Gas kann im Gleich-oder Gegen-oder Querstrom durch den Wärmeträgerstrom geführt werden, wobei bei Gleichstrombewegung zweckmässig eine relative Bewegung zwischen Wärmeträger und Gas eingehalten wird.
Auch die Aufheizung des Wärmeträgers kann nach dem Verfahren gemäss der Erfin dung erfolgen, z. B. in der Weise, dass Brennstaub und Verbrennungsluft unmittelbar durch die aufzuheizenden, z. B. abwärts bewegten Wärmeträgersehichten hindurchge- führt werden, derart, dass in den Schichten die Verbrennung erfolgt. Die Räume für die Heizung oder Kühlung des Wärmeträgers und für die Hindurchfiihrung von Gasen und festen feinen Stoffen durch den Wärmeträger können übereinander oder auch beliebig nebeneinander angeordnet sein.
Ist in dem Wärmeträger nach Durchfüh- rung der Behandlung noch nutzbare Wärme oder Kälte verfügbar, so kann diese in einem dritten Raum für andere Prozesse nutzbar gemacht werden, insbesondere für solche, die im Zusammenhang mit dem betreffenden Verfahren durchgefiihrt werden, z. B. für die Erwärmung oder Kuhlnngwon Gasen, die am Prozess beteiligt sind, die Erzeugung von Wasserdampf, Uberliitzttng von Wasserdampf oder dergleichen.
Das Verfahren ist unter beliebigem Druck durchführbar, z. B. auch mit hohem Druck von 20 atü und mehr, was unter anderem dann zweckmässig ist, wenn der Ablauf einer beabsichtigten chemischen Reaktion durch den Druek begünstigt wird. Ein unter Druck anfallendes heisses Gas kann man z. B. anschlie ssend unter Krafterzeugung auf atmosphäri- schen Druck entspannen. Der Reaktionsbehälter, z. B. ein Schacht, und die Fördervorrich- tungen für den Umlauf des körnigen bis stüekigen, Stoffes müssen natürlich dem hohen Druck angepasst sein.
Hierbei werden der Schacht und die Fördervorrichtungen zweck- mässig in getrennten druckfesten Gehäusen nntergebracht, die druckfest miteinander verbunden werden. In besonderen Fällen kann es von Vorteil sein, den Schacht und die Fördervorrichtungen in einem gemeinsamen druckfesten Gehäuse unterzubringen.
An einigen Ausführungsbeispielen sei die Erfindung näher erläutert. Vorrichtungen, die für die Durchführung der in den Beispielen beschriebenen Ausführungsformen geeignet sind, sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Abb. 1 zeigt eine Vorrichtnng im senkrechten Schnitt für die Herstellung von Wassergas oder für die Herstellung eines ähnlichen Gases, wobei ein Vergasungsmittel verwendet Wird. In Abb. 2 ist eine Vorrichtung für die Herstellung eines ähnlichen Gases in der gleichen Weise dargestellt, wobei ein Vergasungsmittel benutzt wird, dem Sauerstoff zugesetzt ist. Die Vorrichtung nach Abb. 3 ist für die Entgasung von Brennstoffen geeignet.
Beispiel 1 :
Die Vorrichtung (Abb. 1), die hier für die kontinuierliche Erzeugung von Wassergas aus feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffen verwendet wird, besteht aus einem vertikalen rechteckigen Schacht 1, der in eine Erhitzerzone 2, eine Vergaserzone 3 und eine Verdampferzone 4 unterteilt ist. Der Schacht ist von einem äussern Bleehmantel 5 gasdicht umsehlossen und im Innern mit feuerfestem Mauerwerk 6 ausgemauert. Zwischen der Erhitzerzone und der Vergaser- zone ist der Schacht eingeschnürt. Diese Einschnürung 7 hat in Verbindung mit einer entsprechenden Druckregelung im Sehacht den Zweek, den {'bertritt von Gasen von der einen in die andere Zone weitgehend zu verhindern.
Eine weitere Einsehnürung 8 im untern Teil des Schachtes trennt die Vergaserzone 3 von der Verdampferzone 4. Daehförmige Einbauten 9, 10 und 11 liegen innerhalb des Schachtes l. Sie dienen zur Einführung von Verbrennungsgasen, Kohlenstaub und Waerdampf. Das als Wärmeträger vert- wendete keramisehe Material wird in einer mogliehst einheitliehen Korn- oder Stüekgrosse von z. B. 8, 12 oder 25 mm angewen- det. Es wird dem am obern Ende des ver tikalen Schachtes befindlichen Bunker 12 mit einer Temperatur von z. B. 300 bis 500 C aufgegeben.
Durch Verbrennung von gasför- migen, flüssigen oder staubförmigen Brennstoffen wird es beim Durchgang durch die Zone 2 auf Temperaturen von z. B. 1200 bis 1300 C erhitzt. Die Verbrennung und Aufheizung können auch stufenweise erfol- gen, z. B. um unerwünsehte Temperaturspitzen zu vermeiden. In der folgenden Zone 3 gibt der Wärmeträger die aufgenommene Wärme oder einen Teil derselben an das Gas und den zn vergasenden Brennstoff ab.
Nach Durehführung des Vergasungsprozesses und gegebenenfalls einer Wärmeabgabe in der Zone 4 wird der Wärmeträger am untern Ende dieser Zone, z. B. durch ein Zellenrad 13, wieder abgezogen und zu einem Beeherwerk 14 geleitet, welches ihn zum Bunker 1: ? zuriiekbefordert.
Der Erhitzer 2 steht mittels einer Leitung, die unter dem daeliförmigen Einbau 9 mündet, mit der Brennkammer 15 in Verbindung, in der die zur Aufheizung des Wärmeträgers erforderliehen heissen Verbrennungsgase erzeugt werden. Die Verbrennungsluft wird bei 16 in den Brenner eingeführt ; bei 17 tritt der Brennstoff ein. Die heissen Gase, die z. B. mit einer Temperatur von 1300 C aus der Brennkammer in den dachförmigen Einbau 9 gelangen, strömen dem im Schacht abwärts sinkenden Wärmeträger nach oben entgegen und heizen ihn so auf, dass er am Austritt aus dem Erhitzer bzw. Eintritt in die eingeschnürte Stelle 7 die gewünschte Temperatur von z. B. 1200 C hat. Das Heizgas kühlt sich hierbei auf eine Temperatur ab, die etwas über der Eintrittstemperatur des Wärmeträgers, also z.
B. bei 300 bis 400 C, liegt. Es verlässt den Erhitzer durch die Öffnungen 18, wird durch eine Leitung zum Staubabscheider 19 geführt und gelangt von dort in den Kamin 20, in welchem eine eingebaute Drosselklappe 21 dazu dient, den Druck im obern Teil des Schachtes so einzuregeln, dass praktiseh keine Verbrennungsgase durch den Bunker 12 strömen. Um ein Überströmen von Gasen aus einer Zone in die andere zu verhindern, wird der Druck an beiden Enden der Einschnürung 7 auf gleiche Hühe eingestellt. Man kann diese Absperrung dadurch unterstützen, dass man z. B. durch eine Leitung 22 Sperrdampf oder Sperrgas in die Einschnürung 7 einführt.
Wasserdampf strömt aus der Verdampferzone 4 dureh die Einschnürung 8 in die Vergaserzone 3. In diese wird der zu vergasende staubförmige oder feinkörnige Brennstoff, z. B. Braunkohlen-oder Steinkohlenstaub, unterhalb des dachförmigen Einbaues 10 ni- geführt. Die Einschnürung 8 ist so bemessen, dass man eine Dampfgeschwindigkeit in dieser erhält, die verhindert, dass Staub aus dem dachförmigen Einbau 10 in die Verdampfer- zone durehfällt. Unterhalb des dachförmigen Einbaues 10 vermischt sieh der Wasserdampf mit dem aufgegebenen Kohlenstaub, der zweckmässig mit Korngrössen von 0 bis 1 mm angewendet wird.
Der Dampf strömt dem Wärmeträger mit einer Anfangstemperatur von z. B. 400 bis 600 C nach aufwärts entgegen. Hierbei wird der mit Kohlenstaub beladene Wasserdampf aufgeheizt, bis bei Tem peraturen oberhalb etwa 700 C die Vergasung des Brennstoffes mit Wasserdampf einsetzt, wobei die für die endotherme Reaktion er forderliche Wärme aus dem hocherhitzten Wärmeträger zugeführt wird. Infolge der intensiven Wirbelung wird ein vorzüglicher Wärme-und Stoffaustausch und damit eine praktiseh restlose Vergasung des Brennstoffes erzielt.
Das erzeugte Gas verlässt den vertikalen Schacht am obern Ende der Vergaser- zone durch die Öffnungen 23 und strömt dann zu einem Staubabscheider 24, aus dem der Vergasungsrückstand bei 25 trocken ausgetragen wird. Die Temperatur des Gases beträgt an dieser Stelle z. B. 800 bis 1000 C.
Der aus dem Brennstoff freiwerdende Teer wird weitgehend gekraekt lmd in gasformige bzw. leicht siedende Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Das erzeugte Gas hat etwa die Zu sammensetzung des bekannten Wassergases, z. B. etwa 50 /o Wasserstoff und 40 % Koh lenoxyd. Seine Zusammensetzung richtet sich im einzelnen Falle nach den gewählten Ver gasimgsbedingungen und der Art des verarbeiteten Brennstoffes. Zum Beispiel kann durch Einhalten niedriger Vergasungstempe raturen ein wasserstoffreieheres Gas erzeugt werden.
Krackkoks, der sich bilden kann, setzt sich mit dem Wasserdampf ebenfalls mehr oder weniger weitgehend zu Gas um. Es hängt von dem Verlauf der Vergasungsreaktion, insbesondere auch der Beschaffenheit des Brenn stotfes ab, welche Mengen des Wärmeträgers man benötigt, und mit weleher Temperatur der Wärmeträger unten aus der'Vergasungszone austritt. Das aus der Vergasungszone abströmende heisse Gas wird nach Durchgang durch den Staubabscheider 24 z. B. in einem Abhitzekessel 26 auf z. B. 200 C gekühlt.
Die abgeführte Wärme wird z. B. zur Erzeu- gung von Hockdruckdampf verwendet, der bei 40 abströmt und z. B. für den Antrieb der benotigten Gebläse und Maschinen oder dergleiehen verwendet werden kann. Das Gas strömt dann zu dem Wasehkühler 27, dem durch eine Rohrleitung 28 Wasser zugeführt wird. Dieses Wasser dient sowohl zur Küh- llmg als zur Waschung des Gases zum Zwecke weiterer Staubabseheidung.
Das Abwasser läuft z. B. durch einen Abschlusstopf 29 zu einer Sammelgrube. Die Schlussreinigung des Gases von Staub erfolgt durch einen Desinte- grator oder, wie in der Abbildung dargestellt, durch einen Elektrofilter 30, dem der hochgespannte Strom bei 31 zugeführt wird, oder ähnliche Beinigungsvorrichtungen. Das ge reinigte Wassergas verlä#t schliesslich bei 32 die Anlage. Der zu vergasende Brennstoff wird z. B. von einem beliebig angeordneten Bunker durch die Leitung 33 dem dachför- migen Einbau 10 zugeführt.
Beim Austritt aus der Vergaserzone 3 hat der Wärmeträger noch eine Temperatur von etwa 500 bis 600 C. Die in ihm enthaltene Wärme kann nun dazu benutzt werden, den Wasserdampffür die Vergasung zu erzeugen.
Zu diesem Zweek wird durch die im untern Teil des Sehaehtes angeordnete Zone 4 ein Wasserdampfkreislauf in der Weise aufreeht- erhalten, dass der Wasserdampf dureh den Wärmeträger auf z. B. 500 C überhitzt wird und anschlie#end in einem Verdampfer 36. in den er durch eine Auslassoffnung 35 ge- langt, mit Wasser berieselt wird. Das Wasser verdampft in dem überhitzten Dampf, wodurch die Temperatur des Wasserdampfes z. B. auf 150 bis 200 C'erniedrigt wird.
Das einzuspritzende Wasser wird durch eine Leitung 37 zugeführt und das an den untern Teil des Verdampfers 36 angeschlossene CTebläse 38 hält den Wasserdampfkreislauf durch die Leitung 34 aufrecht, durch die der Was- serdampf in den daehförmigen Einbau 11 und weiter in die Zone 4 eintritt. Diese Art der Wasserverdampfung bietet den Vorteil, da# sie gegen Versehmutzungen höchst un- empfindlich ist.
Man kann sie deshalb mit besonderem Vorteil dazu verwenden, das Schwel- und Gaswasser, welches bei der Ver gasung anfällt, zu verdampfen, und es auf diese Weise für die Vergasung selbst wieder nutzbar zu maehen. Der Verdampfer 36 kann aueh der Vorwärmung des Vergasungsmittels und des Trägergases dienen. In dem Masse. wie in dem Verdampfer 36 Dampf neu gebildet wird, strömt dieser durch die Ein- schnürung 8 nach oben in die Vergasungszone 3 ab. Das als Wärmeträger verwendete Material verlässt mit einer Temperatur von z. B.
300 bis 3500 C den Ofen. Das Zellenrad 13 er möglieht einen gasdichten Abschluss. Die durch den Ofen geförderte Menge des Wärme- trägers wird z. B. durch die Drehzahl des Zellenrades 13 geregelt. Es ist auch möglich, den gasdichten Abschluss und die Regelung der ausgetragenen Wärmeträgermenge durch zwei unabhängig voneinancler betätigte Vorrichtungen zu bewerkstelligen. Der ausgetra- gene Wärmeträger kann über eine Siebstrecke 39, die zur Absiebung des mitgeführten Staubes und Feinmaterials dient, dem Beeherwerk 14 zugeleitet werden, welehes den Wärmeträger wieder oben in clen Ofen aufgibt.
Die nach der Vergasung noeh nutzbare Wärme des Wärmeträgers kann aber auch für andere Zwecke, z. B. zur Vortrocknung des Brennstoffes, beispielsweise bei Verarbei tung stark wasserhaltiger Braunkohle, verwendet werden. Hierdurch gelingt es, den Wassergehalt des Brennstoffes unmittelbar zu seiner Vergasung auszunutzen. Die Rückführung des Wärmeträgers kann statt durch die Vorriehtung 14 auch z. B. pneumatisch erfolgen.
Infolge der Einsehnürungen des Schachtes in Verbindung mit der Einhaltung einer höehstens geringen Druckdifferenz beidseits der Einschnürungen kann man es ermögliehen, dass praktisch keine Gasströmung durch die Einschnürungen erfolgt, soweit man nicht, z. B. wie hier zwischen der dritten und zwei- ten Zone, eine Dampfstromung nach aufwärts durch die Einschnürung beabsichtigt.
Die Wärme der mit z. B. 800 bis 1000 C aus der Vergasungszone austretenden Gase kann nach Abseheidung des staubförmigen Rüekstandes der Vergasung aus den Gasen z. B. auch für die Kohletrocknung, die Behandlung der Kohle zum Zweeke der Beseitigung ihrer Baekfähigkeit oder die Erzeugung von Dampf zur Deckung des Energiebedarfes des Verfahrens oder dergleichen ausgenutzt werden. Auf gleiche Weise kann man den Brennstoff mit jeder Art reaktionsfähiger Gase vergasen.
Auch kann man z. B. methanhaltige Restgase der Hydrierung oder Fischer-Tropsch- Synthese zum Zweeke der Methanspaltung in die Vergasungszone einführen. Auch können flüssige Kohlenwassertoffe, gegebenenfalls in verdampftem Zustand, oben mit dem heissen Wärmeträger oder unten mit dem mit Staub beladenen Gas in die Vergasungszone eingeführt werden, die z. B. auf hohe Temperaturen gebracht und somit zu Kohlenoxyd und Wasserstoff gespalten bzw. vergast oder bei mittleren Temperaturen gekraekt werden können und somit durch Bildung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen das erzeugte Wassergas karburieren und seinen Heizwert erhohen können.
Die beschriebene Vorrichtung ist geeignet, Wassergas aus staubformigen oder feinkörni- gen. Brennstoffen kontinuierlich zu erzeugen.
Sie kann mit hoher spezifischer Leistung betrieben werden, da mit hohen Gasgeschwindig- keiten und einer entsprechend guten Dureh- wirbelung von Gas und Brennstoff gearbeitet wird, welche einen vorziiglichen Stoff-und Wärmeaustausch bewirken. Statt des in Abb. 1 dargestellten Schachtes mit rechteekigem Quersehnitt kann auch ein Schacht mit rundem Querschnitt verwendet werden.
Die Leistung einer solchen Vorrichtung ist, verglichen mit der eines periodisch betriebenen Wassergaserzeugers, hoch, da man infolge des kontinuierlichen Betriebes die beim üblichen Wassergasprozess erforderliche Zeit einspart, welehe zum Heissblasen des Brennstoffbettes er forderlich ist und bis zu 40 /o der Gesamtbetriebszeit beträgt. Eine Leistung von etwa 12 000 Nm3 Wassergas/h kann von einem Gaserzeuger der beschriebenen Art mit 3, 6 m # erreicht werden.
Beispiel 2 :
Bei der Vergasung stüekiger, fester Brennstoffe im ruhenden Brennstoffbett mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel wird die Zusammensetzung des letzteren so gewählt, dass die aus der Reaktion des Brennstoffes mit dem zugeführten Sauerstoff entwiekelte Wärme ausreicht, um den Wärmebedarf der Reaktion des Wasserdampfes mit dem Kohlenstoff zu decken. Da Brennstoff und Verga sungsmittel sich im Gegenstrom bewegen, wird der Brennstoff von dem aus der Reaktions sone abströmenden heissen Gas auf die Reaktionstemperatur vorgewärmt und eine gute Wärmeausnutzung erzielt. Bei der bekannten Staubvergasung ist dies, wie bereits erwähnt wurde, nieht der Fall.
Der Brennstoff wird vielmehr von dem Gas im Gleiehstrom getragen, und das Gas strömt mit der Endreaktionstemperatur oder einer hoheren ab, wenn man mit der Absicht, einen vollkommenen Ausbrand des Brennstoffes zu erzielen, den Sauerstoffzusatz erhöht.
Durch die Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung gelingt es nun, die Staubvergasung unter ähnliehen Voraussetzungen wie die des festen, stückigen Brenn- stoffes zu betreiben. Leitet man das mit dem su vergasenden Brennstoff in Staubform beladene Vergasungsmittel in eine in einem Schacht befindliche erhitzte Wärmeträger- sehicht ein, so wird es im Schacht aufwärts- strömend zunächst aufgeheizt, bis die Zündtemperatur erreicht ist und die Verbrennung und Vergasung des Brennstoffes erfolgt.
Würde das als Wärmeträger verwendete Steinmaterial ruhen, so wäre die Gasaustrittstem- peratur, wie bei der Schwebevergasung be kannt, etwa 900 bis 1200 C. Bewegt man aber den Wärmeträger, indem man ihn am untern Ende des Schachtes abzieht und oben z. B. in gleicher Menge wieder aufgibt, so wird dem erzeugten Gas Wärme entzogen, welche vom Wärmeträger aufgenommen wird, der diese Wärme in die darunterliegenden Zonen trägt.
Der Wärmeträger wird zweckmä#ig in solcher Menge durch den Schacht geführt, dass die Austrittstemperatur des Gases soweit herabgesetzt wird, bis sie etwas über dem Taupunkt des Gases liegt. Man entzieht damit dem aus der Reaktionszone abströmenden Gas Wärme und führt sie mit dem Wärmeträger in die Reaktionszone bzw. verwendet sie weiter zur Aufheizung des Vergasungsmittels oder zur Dampferzeugung oder dergleichen. Der Wärmeträgerumlauf wird zweckmässig nur so gross gehalten, dass die Wärmeverluste im ausgetragenen Wärmeträger den Wirkungs- grad des Vergasungsprozesses nieht ungünstig beeinflussen.
In dem Masse, wie man dem erzeugten Gas Wärme entzieht und sie der Reaktionszone bzw. dem Vergasungsmittel wieder zuiührt, kann man den Sauerstoffverbraueh, das heisst die Wärmeentwicklung durch die Oxydation, reduzieren.
Beispielsweise wird für diese Ausführungs- form ein Schacht 51 (Abb. 2) verwendet, der von einem gasdichten Bleehmantel 54 um- geben und im Innern mit feuerfestem lauerwerk 55 ausgemauert ist. Der Schacht ist in die obere Vergasungszone 52 und die untere, der Erhitzung des Vergasungsmittels. und der Dampferzeugung dienende Zone 53 unterteilt.
Dachförmige Einbauten 56 entlasten die Wärmeträgerfüllung im Innern des Schachtes, desgleichen ein dachförmiger Einbau 57, der zur Einführung des zu vergasenden Brenn- stoffes dient. Ferner befindet sieh in der Zone 53 ein daehförmiger Einbau 58, der zur Einführung des im Kreislauf geführten Was- serdampfes oder Vergasungsmittels benutzt wird. Die Vergaserzone 52 ist von der Zone 53 durch eine Einsehnürung 59 getrennt. Am obern Ende des Schachtes befindet sich der Aufgabebunker 60 und am untern Ende das Zellenrad 61, durci welches der Wärmeträger aus dem Schacht über eine Schurre 63 zu einem Becherwerk 62 ausgetragen wird.
Die Schurre 63 kann mit einer Siebstrecke ausgerüstet werden, um anfallendes Feinmaterial abzuziehen. Der vom Beeherwerk 62 geförderte Wärmeträger kann über eine Rutsehe 64 dem Bunker 60 wieder zugeführt werden. Auf diese Weise wird der Kreislauf des Wärmeträgers gesehlossen. Es kann derselbe Wärmeträger wie im Beispiel 1 verwendet werden. Die zur Vergasung verwendete Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder der Sauerstoff wird durch eine Leitung 65 mittels eines Gebläses 66 angesaugt und naeh Mischung mit Wasserdampf durch eine Leitung 67 dem dachförmigen Einbau 58 in dem untern Teil der Verdampferzone 53 zugeführt.
Der mit geeignet hoher Temperatur aus der Vergaserzone durch die Einschnü- rung 59 in den Verdampfer 53 eintretende Wärmeträger heizt das Vergasungsmittel auf.
Zieht man einen Teil des erhitzten. Verga sungsmittels im Kreislauf durch die öffnun- gen 68 und eine Leitung 69 zu einem Verdampfer 70 ab, in dem man ihn mit Wasser aus einer Leitung 72 berieselt, so nimmt das überhitzte Vergasungsmittel Wasserdampf auf. I) as an das untere Ende des Verdampfers angeschlossene Gebläse 71 bewirkt den Umlauf des Vergasungsmittels. Die zugeführte Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder der Sauerstoff wird auf diese Weise mit Wasserdampf soweit angereiehert, wie es für die Vergasung des Brennstoffes erforderlich ist.
Man kann ähnlich wie beim Beispiel 1 in dieser Vorrichtung Seliwel-oder Gaswasser verdampfen und damit die Sehwierigkeiten, die mit dessen Reinigung verbunden sind, vermeiden Auch kann man den Gaskreislauf durch die Zone 53 und den Verdampfer 70 nur mit Wasserdampf betreiben, und die Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder den Sauerstoff dem untern Teil des Vergasers 52 gesondert zufiihren. Das in der Zone 53 erhitzte Vergasungsmittel bzw. der Wasserdampf strömt durch die Einsehnürung 59 in die Zone 52.
Der zur Vergasung bestimmte feinkornige oder staubformige Brennstoff befindet sieh in einem Bunker 73, aus dem er mittels einer Forderschnecke 74 in geregelter Menge der Vergasungszone unter dem dachförmigen Einbau 57 zugeführt wird. Das mit hoher Ge schwindigkeit durch die Einschnürung 59 aufwärts strömende Vergasungsmittel verhindert, dass der Staub in die untere Zone fällt. Unterhalb des daehförmigen Einbaues 57 belädt sich das Vergasungsmittel mit dem zu vergasenden Brennstoff. Es strömt dann im Gegen- strom zu dem Wärmeträger aufwärts.
Die Verbrennung und Vergasung des Brennstoffes mit dem Vergasungsmittel erfolgt innerhalb der Wärmeträgerschicht. Das Gas verlässt durch die Öffnung 82 den Schacht, tritt in einen Staubabscheider 75, aus dem der Vergasungsrüekstand, hauptsächlich Asche, abgezogen werden kann. Das Gas wird in dem.
Waschkühler 76 mit durch die Leitung 77 zugeführtem Wasser berieselt, gekühlt und gereinigt. Das Abwasser läuft über den Topf 78 ab. Die Entfernung der Staubreste erfolgt z. B. in einem Elektrofilter 79, dem hochge- spannter Strom über den Isolator 80 zugeführt wird. Das gereinigte und gekühlte Gas verlässt die Anlage bei 81 und wird gegebenenfalls nach weiterer Reinigung z. B. von Sehwefel. zur Verwendungsstelle geführt, z. B. wird es für Synthesezweeke verwendet.
Durch diese Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung gelingt es, die bei der Staubvergasung von Brennstoffen auftretende hohe Gasaustrittstemperatur von 900 bis 1200 C auf z. B. 200 bis 400 C herab- zusetzen, eine beträchtliche Ersparnis an Sauerstoff zu erzielen und den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Auch hierbei sorgt die intensive Durchwirbelung des Vergasungs- mittels und des Brennstoffes in der Wärme- trägersehieht für einen gesteigerten Stoffund Wärmeumsatz bei kurzen Reaktionszeiten, und es ergibt sich eine hohe spezifisehe Ver gastmgsleistung.
In der Zone 53 kann die Wärme auch auf andere Weise ausgenutzt werden, z. B. indem damit Kohle getroeknet wird.
Aueh kann eine Verbindung der Anwendungsformen des Verfahrens naeh Beispielen I und 2 in der Art erfolgen, dass man die zur Vergasungsreaktion benotigte Wärme teils durch Wärmezufuhr von aussen mittels des Wärmeträgers und teils mittels Verbrennung von Brennstoff durch Sauerstoff deekt.
Beispiel 3 :
Die Schwelung oder Verkokung fester Brennstoffe erfolgt durch deren Erhitzung auf tiefe, mittlere oder hohe Destillationstem peraturen unter Luftabsehluss. Die Wärmezu- fuhr kann hierbei direkt-mittels Innenheizung durch heisse Gase, bevorzugt bei stückigen, nichtbackenden Brennstoffen-oder indirekt-durch Aussenheizung in Retorten oder Kammern, bevorzugt bei feinkörnigen, baekenden Brennstoffen-erfolgen. Man kann auch Innen-und Aussenheizung gleich- zeitig anwenden.
Es ist bekannt, feste Brennstoffe, die zum Zwecke der Krafterzeugung unter Dampfkesseln verfeuert werden sollen, zuvor zu entgasen und auf diese Weise Energie-und Gaserzeugung miteinander zu verbinden. Für die reine Gaserzeugung durch Verkokung verwendet man vorzugsweise als bestgeeigneten Brennstoff backende Steinkohle, die einen solch hochwertigen Koks ergibt, dass dessen Verkaufswert zum wesentlichen Teil die Betriebskosten deekt.
Bei der eben erwähnten Kupplung von Gas-und Energieerzeugung muss man aber vorwiegend Brennstoffe verarbeiten, die meist weder für das eine noch das andere Verkokungsverfahren unmittelbar geeignet sind und nur einen minderwertigen Koks ergeben, der, damit die Wirtschaftliehkeit der Energieerzeugung nicht ungünstiger wird, an den Energie-Erzeugungsbetrieb mit dem gleichen Wärmepreis wie dem der Ausgangskohle abgegeben werden muss. Man muss aus diesem Grunde besonderen Wert auf hohe spezifische Leistungen des Verkokungsverfahrens legen.
Ftir die Verbrennung fester Brennstoffe unter dem Dampfkessel wendet man bevorzugt die Kohlenstaubfeuerung an ; hierfür müssen die Brennstoffe zerkleinert und gemahlen werden. Bei der Aufbereitung des durch vorherige Entgasung der Kohle erzeugten Kokses in gleicher Weise entstehen aber erheblieh höhere Kosten durch erhöhten Versehleiss und geringere Leistung der Mühlen.
Für die Kupplung von Gas-und Energieerzeugung bietet die Anwendung der Erfin dung besondere Vorteile. Dabei wird z. B. wie folgt verfahren :
Die Kohle wird in üblicher Weise zerklei- nert und gemahlen und der so hergestellte Kohlenstaub dadurch entgast und verkokt, dass er in einem Schacht mit einem Trägergas durch die Schicht eines hocherhitzten bewegten Wärmeträgers geleitet wird. Der Schacht besteht aus einer obern Erhitzer-und einer untern Entgaserzone. Die Erhitzung des Wärmeträgers erfolgt durch heisse Verbrennungsgase, die durch Verbrennung von Gas, Koks oder Kohlenstaub oder dergleiehen erzeugt werden.
Der Wärmeträger tritt hocherhitzt in den Entgaser ein und wandert im Schacht abwärts, während ihm das mit Koh lenstaub beladene Gas aufwärts entgegen- strömt und dabei auf so hohe Temperaturen aufgeheizt wird, dass die Kohle entgast und verkokt wird.
Durch die Menge des verwendeten Wärmeträgers und dessen Temperatur wird bei gege- benem Brennstoff die Endtemperatur der Verkokung und damit die Gasausbeute, Gas- zusammensetznng und Beschaffenheit des Kokses bestimmt. Fährt man mit hoher Ver kokungstemperatur, so kann, da zweckmässig im Gegenstrom gearbeitet wird, der entstandene Teer weitgehend gekraekt werden, so dass bevorzugt gasförmige und leichtsiedende Kohlenwasserstoffe aus ihm entstehen.
Als Träger- gas verwendet man zweekmässig einen Teil des erzeugten Entgasungsgases, den man gekühlt oder ungekühlt und mit dem staubförmigen Brennstoff beladen in die Wärmeträgerschicht einführt.
Will man zusätzliche Wassergasbildung und damit Erhöhung der Gasausbeute bei gleiehzeitiger Einregelung des Gasheizwertes erzielen, so kann man dem Trägergas Wasserdampf zusetzen, der z. B. in einer dritten Zone unter weiterer Ausnutzung der Wärme des Wärmeträgers erzeugt wird. Der Wärme- träger geht im Kreislauf durch den Ofen.
Das Verfahren ermöglieht die Verkokung von Kohlenstaub bei spezifisch hoher Leistung zur Erzeugung von Stadt-oder Ferngas, wobei der erzeugte Koksstaub zur Energieerzeugung weiter verwendet werden kann. Der Koksstaub kann z. B. unter dem Dampfkessel, in der Brennkammer einer Gasturbine verbrannt oder für sonstige Feuerungszweeke verwendet werden.
Beispielsweise wird ein Schacht 101 (Abb. 3) verwendet, der von einem gasdichten Blech- mantel 102 umgeben ist, und der im Innern ein feuerfestes Mauerwerk 103 hat. Der Schacht ist in eine Erhitzerzone 104 und eine Entgaserzone 105 unterteilt. Die beiden Zonen sind durch eine Einsehnürung 106 zur Verhinderung des Gasübertrittes von einer in die andere Zone, die z. B. durch entsprechende Druckregelung erreicht werden kann, vonein aider getrennt. Durch die Einsehnürung 107 strömt Trägergas naeh oben und verhindert ein Durchfallen des Brennstoffes nach unten.
Dachförmige Einbauten 108 bzw. 109 dienen zur Zuführung heisser Verbrennungsgase bzw. von Kohlenstaub. Der Wärmeträger wird dem Ofen aus einem gasdicht geschlossenen Bunker J 10 zugeführt. Er verlässt den Ofen durch ein Zellenrad oder eine ähnliehe Vorrichtung lll, gelangt zu einer Fördervorriehtung 112, die in diesem Falle aus einer Art Injektor besteht. Der aus dem Injektor austretende Gasstrahl fördert den Wärmeträger durch eine Leitung-113 in den Bunker 110 zurüek.
Der Erhitzer wird durch heisse Verbrenmungsgase beheizt, die z. B. in einer Brennkammer 114 durch Verbrennung von Gas, Kohlenstaub, 61 oder dergleichen erzeugt werden und durch ein Verbindungsrohr 115 und den dachförmigen Einbau 108 in den Schacht gelangen. Die Brennkammer besitzt einen Brenner, in den bei 116 der Brennstoff und bei 117 die Luft eintreten. Die heissen Verbrennungsgase erhitzen den Wärmeträger auf eine Temperatur von etwa 1000 bis 1400 C, z. B. 1200 C. Sie kühlen sich dabei ab und verlassen mit z. B. 300 bis 400 C den Erhitzer durch die offnung 118. Sie gelangen in den Staubabscheider 119 und schliesslieh in den Kamin 120, der mit einer Drosselkl. appe 121 zur Einregelung der Druekverhältnisse versehen ist.
Der hocherhitzte Wärmeträger wird durch die Einschnürung 106 in die Entgaserzone 105 geführt. Durch diese strömt das mit dem zu vergasenden Kohlenstaub be ladene Trägergas aufwärts im Gegenstrom zum Wärmeträger. Als Trägergas dient ein Teil des erzeugten Gases, welches mit dem Gebläse 122 über die Leitung 123 durch Öffnungen 124 in den Schacht gelant.
Das Trägergas strömt durch die Einschnürung 107 und wird in dem untern Teil der Entgaserzone mit dem Brennstoff, der durch den dachförmigen Einbau 109 zutritt, beladen. Das z. B. 900 C heisse Gas verlässt den Ofen durch die Öffnungen 125, von denen es durch eine Verbindungsleitung 126 zu einem Staubabscheider 127 geführt wird, dem bei 128 der entgaste Eoksstaub entnommen werden kann. Während man nicht oder leieht beckende Kohle unmittelbar in die Wärmeträgerschicht einbringen kann, kann es bei stärker backenden Kohlen notwendig werden, diese in bekannter Weise zur Verminderung ihrer Backfähigkeit vorzubehandeln. Für diese Vorbehandlung kann man die Abhitze des Gases verwenden. Dies gesehieht z.
B. in einem Behälter 131, in den die Staubkohle aus einem Bunker 1. 29 mit einer Förder- schnecke 130 durch Düsen 132 gelangt und durch den das Gas aus dem Abscheider 127 geleitet wird. Von dem Gasstrom wird der Brennstoff in einen nachfolgenden Abscheider 133 getragen, in dem er von dem Gas wieder getrennt wird. Mittels der Fördersehneeke 134 und einer Leitung 135 wird der abgesehiedene Staub aus dem Abscheider 133 unter die dachförmigen Einbauten 109 der Entgasungszone eingeführt. Das Gas strömt aus dem Abscheider 133 weiter in den Waschkühler 140, in dem es mit Wasser aus der Leitung 141 berieselt wird, während das Abwasser durch den Topf 136 abläuft.
Eine weitere Reinigung des Gases erfolgt z. B. in einem Elektrofilter 137. Durch die Leitung 138 wird das Gas der weiteren Verwendung zugeführt. Das Ge bläse 122 entnimmt aus dieser Leitung 138 einen Teil des erzeugten Entgasungsgases, um es als Trägergas in die Entgasungszone zurückzuführen.
In den drei Beispielen mit den zugehörigen Abb. 1 bis 3 sind Ofen beschrieben und sche matisch dargestellt, deren eingebaute Einrich- tungen jeweils nur in einer Einheit vorhanden sind. Werden grössere Leistungen je Ofen gefordert, so können Querschnitt und Höhe des Ofenschachtes entsprechend erhöht werden. Die Nachteile hierbei sind, dass auch die Einbauten grosse Höhen und Breiten aufweisen, die Strömungsverhältnisse ungünstig beeinflusst werden und die Staubaufgabe auf das Gas erschwert wird. Bei grossen Ofen sehächten ist es aus diesem Grunde zweek- mässig, den Schacht z. B. rechteckig zu bauen und in einzelne Zellen geeigneter Abmessungen zu unterteilen, in denen die Strömungs verhältnisse leichter beherrschbar-sind.
Legt man mehrere Zellen gleicher Bauart nebeneinander und das umschliessende Mauerwerk und den Bleehmantel nach au#en um mehrere Zellen, so entsteht hierdurch ein Mehrzellen- ofen. Die Tiefe der Zellen kann z. B. 0, 5 m, aber auch 1 bis 2 m und mehr betragen. Die Zellen selbst werden zweckmässig mit gemeinsamen Sammel-bzw. Verteileinrichtungen für die Zu-und Abführung des Gases und des Wärmeträgers ausgerüstet. Eine vorteilhafte Bauart entsteht bei Öfen grosser Leistung dadurch, dass jeweils zwei Mehrzellenöfen parallel in geeignetem Abstand voneinander angeordnet werden und so zusammen einen Doppel-Sehaehtofen bilden.
Im Raum zwisehen den Sehächten können eine gemeinsame Brennkammer und gemeinsame Sammel-und Verteileinrichtungen für das Gas, gegebenenfalls in Verbindung mit Staubbeladungs-bzw.
Entstaubungseinrichtungen, für beide Ofensehächte untergebracht werden.
Zur näheren Erläuterung dienen die Abb. 4, welche schematisch den Querschnitt durch einen einfachen Vierzellenofen darstellt, und die Abb. 5, die den Querschnitt eines Doppelschachtofens mit je vier Zellen zeigt.
151 und 201 sind gasdichte Blechmäntel, 152 und 202 die feuerfesten Ausmauerungen der Ofenschäehte 153, 203 und 204, welche in vier Zellen unterteilt sind. Die strichpunktierten Linien deuten die Abgrenzungen der einzelnen Zellen an. 154 und 205 sind die Räume für-die gemeinsamen Sammel-und Verteilkanäle für die Zu-und Abführung der Gase von und zu den einzelnen Zellen. 155, 156, 206 und 207 sind die Anschlussleitungen zu den Kanälen 154 und 205, die von und zu den nieht dargestellten Gebläsen und den angeschlossenen Apparaten führen.
Die Zu- und Abgänge der Zellen zu den Sammelräumen 154 und 205 können mit Einrichtungen, wie z. B. Drosselklappen, für die gleichmässige Verteilung der Gase auf die Zellen und in den Zellen ausgerüstet sein. Statt in einer äussern Brennkammer, in der die heissen Ver brennungsgase für die Erhitzung des umlaufenden Wärmeträgers durch Verbrennung von Brennstoffen erzeugt werden, kann die Verbrennung, vor allem bei Verbrennung von Gas oder Staub als Brennstoff, auch direkt in den einzelnen Zellen erfolgen.
Zum Einstel- len der gewiinschten Temperatur der heissen Verbrennungsgase wird zweckmässig eine ent sprechende Menge von übersehüssiger Luft oder kaltem Gas, vorteilhaft von abgekühlten rüekgeführten Verbrennungsgasen, den heissen Verbrennungsgasen in der oder nach der Brennkammer zugemiseht. Es ist möglieh, die Einführung von kälteren Gasen zum Senken der Temperatur der Verbrennungsgase vor Eintritt in die Wärmeträgersehieht ganz oder teilweise dadureh zu vermeiden, dass eine schleppende Verbrennung in der Wärmeträgerschicht vorgenommen wird.
Die sehleppende Verbrennung kann durch stufenweises Zuführen der Verbrennungsmittel oder dergleichen erreicht werden, derart, dass bereits vor der Beendigung der Verbrennung eine Abgtabe von Wärme der heissen Verbrennungs- gase an den Wärmeträger erfolgt ; die maximal mögliche Verbrennungstemperatur wird somit nieht erreicht. Bei Ofenschächten mit mehreren Zellen wird zweckmässig dafür ge- sorgt, dass jeder Zelle Wärmeträger gleicher Körnung und Menge zugeführt werden, was durch Verwendung bekannter Einrichtungen zur Aufgabe und zum Austragen des Wärmeträgers erreieht werden kann.
Vor der bekannten Fluidized -Technik hat die Staubvergasung oder Staubentgasung gemäss der Erfindung den Vorteil, dass sie im Gegenstrom mit hohem Temperaturgefälle betrieben und die Belastung des Reaktions- raumes in wesentlieh weiterenGrenzengehal- ten werden kann, als dies bei der bekannten Fluidized -Teelmik der Fall ist, da man, um den flüssigkeitsähnlichen Zustand des Brennstoffbettes zu erhalten, gezwungen ist, bei niedrigen Belastungen Gas im Kreislawt zu fahren und bei hohen Belastungen die obere Geschwindigkeitsgrenze nicht zu überschrei- ten, um ein Mitreissen des Brennstoffes zu vermeiden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist nicht auf die in den Beispielen erwähnten Arbeitsgebiete beschränkt. Es kann mit grossem Vorteil gegenüber andern bekannten Verfahren überall da angewendet werden, wo staubförmige oder feinkornige Stoffe einem thermischen Prozess zu unterwerfen sind, der mit einem Wärmeaustausch oder Stoff-und Wärmeaustausch verbunden ist. Intensive Durchwirbelung der zu behandelnden Stoffe mit dem als Forder-und gegebenenfalls auch als Reaktionsmittel verwendeten Gas in dem vom Wärmeträger erfüllten Raum bewirken einen vorzüglichen Wärme-und gegebenenfalls Stoffaustauseh. Eine für den Prozess geeignete Temperaturverteilung innerhalb des Raumes kann durch die zweckmässige Führung der mit dem Stoff beladenen Gase und des Wärmeträgers erreicht werden.
Durch geeignete Abstimmung von Korngrosse und spezifischem Gewicht des Wärmeträgers, des zu be handelnden Stoffes, der Zusammensetzung des Gases und dessen qGesehwindigkeit wird die gleichzeitige oder nachträgliche Trennung des Wärmeträgers vom behandelten Stoff er möglieht.
PATENTANSPRVCHE : I. Verfahren zur Durchführung von Prozessen, bei denen ein fester Stoff mit einem Gas in Berührung gebraeht wird, indem das Gas mit dem festen Stoff in fein verteiltem Zustand beladen wird, und bei welehem ein Austauseh von Wärme stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem fein verteilten festen Stoff beladene Gas durch einen Raum bewegt wird, durch den gleichzeitig ein Strom eines körnigen bis stüekigen, Wärme abgebenden bzw. aufnehmenden Stoffes durch- geleitet wird.