DE2141876A1

DE2141876A1 - Verfahren zur verkokung stueckiger brennstoffe mit spuelgasen

Info

Publication number: DE2141876A1
Application number: DE2141876A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Lange; Roland Dipl Ing Dr Rammler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1973-03-01
Also published as: AU4457272A; GB1370032A; ZA724555B; CA976908A; DE2141876B2; AU466576B2; JPS5510638B2; DE2141876C3; JPS4830701A

Description

ή ^TALIGESELLSCKAFi¹ Frankfurt/Maⁱⁿ» ^Λ> ^ö · Äugus t 1 971 Aktiengesellschaft DrWsr/ll.

Prov, Kr. 6635 IW

Verfahren zur Verkokung stückiger Brenn- j stoffe mit Spülgasen '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochtemperaturverkokung stückiger Brennstoffe in Schachtofen mit ausschließlicher Beheizung durch heiße Spülgase, die in einer Verbrennungskammer hergestellt sind und die im G-egenstrom zu den stückigen Brennstoffen durch die Verkokungszone geführt werden.

Die Entgasung von Brennstoffen mit Spülgasen hat zunächst weite Anwendung "bei der Erzeugung von Schwelteer gefunden. Diese Spülgasschwelung wird bei tiefen und mittleren Temperaturen von etwa 450 bis 65O⁰G ausgeführt, wobei eine große Teerausbeute erzielt und Keks mit einem höheren Gehalt an flüchtigen Bestandteilen erzeugt wird. Das heiße Spülgas wird dazu aus dem eigenen Schwelgas nach Aiiskondensieren von Teer und Wasser durch Teilverbrennung erzeugt. Dadurch wird der Gehalt des Spülgases an COp und Wasserdampf erhöht»

Diese Arbeitsweise bereitet Schwierigkeiten, wenn die Verkokungstemperatur über 750 bis 80O^1-C gesteigert werden soll. Bei diesen Temperaturen reagieren Kohlendioxid und Wasser-dampf mit festem Kohlenstoff unter Bildung von CO und Hp· Diese bekannten endothermen Vcr^ucu-'xgor&aktioneu vorlaufen auch cc hon schnell

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genug, um eine spürbare Verringerung der Temperatur am Koksstück zu bewirken. Das heißt, es stellt sich eine Differenz zwischen der Temperatur der in die Verkokungssone eintretenden Spülgase und der Verkckungsendtemperatur ein, wobei die iernperatursenkung des Spülgases durch den Wärmebedarf der unerwünschten endothermen Vergasungsreaktionen bewirkt wird.

Eine Erhöhung der Spülgaseintrittstemperatur intensiviert in erster Linie die endothermen Vergasungsreaktionen und wirkt sich nur zum geringsten Teil auf die Verkokungstemperatur aus«

Der Zersetzungsgrad der Vergasungsmittel ist nicht nur von den Betriebsbedingungen, insbesondere von der Spülgastemperatur abhängig, sondern auch vom Reaktionsvermögen des festen Brenn-.stoffs. Ein indirektes Maß dafür ist der im Koks verbleibende Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen. Verkokt man beispielsweise Braunkohlenbriketts, die einen reaktionsfreudigen Koks ergeben, dann kann man bei CO₂- und HpO-haltigen Spülgasen 4 fo flüchtige Bestandteile im Koks kaum unterschreiten. Dagegen kann man bei reaktionsträgem Koks, wie er z.B. bei der Entgasung von Anthrazitbriketts entsteht, 1.2 bis 1.5 f> flüchtige Bestandteile durchaus erreichen* Von der Verkokungsendtemperatur her gesehen, könnte man, zumindest für Brennstoffe geringer Reaktivität, die Vergasungsreaktionen noch tolerieren, wenn sie nicht zwei weiterej. schwerwiegende Nachteile zur Folge hätten« Der eine ist die Verminderung der Koksausbeute_? die je nach den Betriebsbedingungen zwischen 1 und β f> liegen kann, der ander.--_;. gewichtigere_s ist eine Schwächung des ICoksgefüges*

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Diese Vergasungsreaktionen laufen nicht nur an der äußeren Oberfläche des Brennstoffstucks ab, sondern auch.an seinen inneren Oberflächen. Daraus ergibt sich, daß nicht nur die Abriebfestigkeit des Kokses zurückgeht, sondern seine mechanische Festigkeit insgesamt. Das äußert sich z.B. in geringerer Druckfestigkeit und in kleineren Werten für Festigkeit und Härte (stability and hardness.nach ASEM), Die durch Vergasung verursachte Schädigung des Kokses geht so weit, daß sie das Verarbeitungsergebnis in Frage stellt, wenn hohe Koksfestigkeiter gefordert werden. Die Hochtemperatur-Verkokung mit Spülgasen hat sich deshalb trots ihrer zahlreichen Vorteile bis heute nicht durchsetzen können.

Um die Sachteile zu umgehen, hat man bereits Torgeschlagen, die Spülgase nicht direkt durch Teilverbrennung sondern indirekt in Rekuperatoren zu erhitzen. Auf diese Weise kann man die Verbrennungsprodukte aus dem Spülgas fernhalten Wegen der hohen Temperaturen v/erden aber die Rekuperatoren sehr teuer«, Außerdem führen Ablagerungen von Spaltprodukten an den Rohrwänden zu betrieblichen Schwierigkeiten,,

Ein anderes Verfahren sieht vor, die Spülgase in abwechselnd betriebenen Regeneratoren zu erhitzen Das erwies sich im Versuchsbetrieb als durchführbar_s ist aber su aufwendig, so daß es keinen Eingang in die Praxis gefunden hat»

In fier DT-AS 1 471 588 wird ein Verfahren zur kontinuierlichen 7orkokung von Feinkohle im Gasstrom beschrieben, bei dem die Feiiifcphle zentral und axial in einen zylindrischen Enigasungs- '

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raum geblasen wird, während tangential dazu an der Strahlwurzel des Feinkohlenstrahles ein hochvorgewärmtes Trägergas eingeblasen wird. Dieses Trägergas ist ein heißes Verbrennungsgas, das nach Ztigabe von Dampf in einem mit stückigem Koks gefüllten Raum einer Wassergasreaktion unterworfen wird. Dabei wird überschüssiger Sauerstoff aufgezehrt. Die Anwesenheit von COp in dem Trägergas ist dabei nicht berücksichtigt· Das Verfahren ist auf die Verkokung feinkörniger Brennstoffe gerichtet.; In der DQ? PS 369 885 ist ein Verfahren zur Aufbesserung des Heizwertes und zur Vergrößerung der Menge eines Schwelgases beschrieben. Dabei wird in die heißen Spülgase zwischen Brennkammer und Spülgasofen Öl eingespritzt. Mit dieser Carburierung wird zugleich eine Semkung der Spülgastemperatur erreicht. Da sich diese Arbeitsweise auf die Schwelung von Brennstoffen, also auf die Entgasung bei tiefen Temperaturen, bezieht, sind die oben bezeichneten Vergasungsreaktionen nicht in Betracht gezogen, weil sie in dem niedrigen Temperaturbereich der Schwelung vernachlässigt werden können.

Der Erfindungs liegt die Aufgabe zugrunde, stückigen Brennstoff mittels hocherhitzter Spülgase in Stückkoks hoher mechanischer Festigkeit umzuwandeln und beim Verkoken insbesondere die nachteiligen endothermen Vergasungsreaktionen zu vermeiden, die durch COp und Wasserdampf im Spülgas verursacht werden und die das Gefüge des Kokses angreifen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Hochtemperaturverkokung dem erhitzten Spülgas vor Eintritt in

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die Hochtemperaturverkokungszone Brennetoffstaub und/oder kohlenwasserstoffreiche G-ase zugesetzt werden und mit den im Spülgas enthaltenen Vergasungsmitteln zur iieaktion gebracht werden, "bevor das Spülgas in die Verkokungssone eingeleitet wird.

Es wurde nun gefunden, daß es nicht erforderlich ist, das Vergasungspotential des Spülgases an GOg und H₂ ^Or ^X ^Γΐτ ²^ die Koksschüttung restlos aufzubrauchen. Um schädliche Einwirlungen auf den Koks zu unterbinden, genügt es_? wenn man es f weitgehend abbaut. Dieser Abbau des Vergasungspotentials erfolgt durch Einführung von kohlenstoffhaltigem, reaktionsfähigem Material, mit dem die Vergasungsmittel reagieren können, in die Spülgase in einer Vorvergasuiigsstrecke vor dem Ofern Auf diese Weise wird die unvermeidbare Vergasung ermöglicht, bevor die Spülgase mit dem Koks im Verkokungsschacht in Berührung kommen. Dabei ist es nicht wichtig, daß die Reaktionen bis zur vollen Gleichgewichtseinstellung laufen. Durch die in der Vorvergasungsstrecke ablaufenden endothermen Vergasungsreaktionen wird g die Temperatur des Spülgases gesenkt. Die Temperatur des Spülgases vor der Aufgabe des kohlenstoffhaltigen Materials muß dem Temperaturabfall in der Vorvergasungsstrecke entsprechend höher als die geforderte Verkokungstemperatur eingestellt werden.

Vorzugsweise wird der im Verkokungsga3-Sammelkanal abgelagerte und/oder der durch einen Zyklon aus dem Verkokungsgas abgeschiedene Staub dem- heißen Spülgas zugesetzt.

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Als reaktives kohlenstoffhaltiges Material kann auch ein anderer staubförmiger Brennstoff eingesetzt werden. "Besonders geeignet sind solche mit hoher Reaktionsfähigkeit. Sehr feiner Staub ist besser als gröberer. ' ι

Bei Versuchen wurde überraschend gefunden, daß mit ^demselben Ergebnis anstelle von Brennstoffstaub auch kohlenwasserstoffreiche Gase, insbesondere Erdgas, dem heißen Spülgas zugesetzt werden können. Die Erfindung erstreckt sich deshalb auch auf den Zusatz derartiger Gase zum erhitzten Spülgas.

'Der bei der- Spaltung des Methans oder höherer Kohlenwasserstoffe frei v/erdende Ruß ist, wie sich zeigte, in statu nascendi aktiv genug, ura mit den Vergasungsmitteln des Spülgases in der Vorvergasungsstrecke in ausreichendem Umfang zu reagieren.

Die Reaktionszeit beträgt 0.2-2 see. Diese Reakt ions dauer genügt, um die im Koksbett unerwünschte Vergasung in ausreichendem Maße in der Vorvergasungsstrecke vorwegzunehmen»

Zweckmäßig werden der Brennstoffstaub und/oder das kohlenwasserstoffhaltig Gas vorerhitzt, ehe sie in die Vorvergasungostrecke eingeführt werden.

Auch das zur Herstellung des Spülgases erforderliche Brennerund Rückgas und/oder die Brennerluft werden zweckmäßig vorgewärmt. Diese Maßnahme vermindert den Unterfeuerung3bedarf und läßt sich vorteilhaft mit der Kühlung des Kokses durch direkten und indirekten 7/ärme aus tausch durchführen.

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Erf in dungs gemäß' werden der staubf örmige und bezw. oder gasförmige Brennstoff, durch, den das durch die Anwesenheit von COp und Wasserdampf im aufgeheizten Spülgas gegebene Vergasungspotential aufgezehrt wird, in die Heißgasleitungen ode'r die Heißgaskanäle, welche das aufgeheizte Spülgas von der Brennkammer zur Yerkokungszone leiten, eingeführt. Da die Verweilzeit der Vergasungsreaktion weniger als zwei Sekunden beträgt^ sind die Längen dieser Leitungen ausreichend, um als Vorvergasungsstrecke zu dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Ye r_ kokung von Briketts oder Pellets zwecks Erzeugung- eines hochofenfähigen Formkokses· Solche Formlinge werden vorzugsweise nach, den bekannten Verfahren der Heißbrikettisrung oder der Heißpelletierung aus Feinkoks und feinkörniger Backkohle hergestellt. Sie sind ein weitgehend vorentgastes Verkokungsgut und enthalten nur noch etwa 6 bis 14 $ flüchtige Bestandteile. Bei der Verkokung geben sie demgemäß verhältnismäßig wenig Kohlenwasserstoffe ab. Die nach der Teerkondensation im Verkokungsgas verbleibenden Kohlenwasserstoffe reichen zur Bildung von Spaltruß in Brennkammer und Heißgaskanälen und zum Aufbrauchen von GOp und Wasserdampf nicht aus, und die Vergasungsmittel bleiben.weitgehend unzersetztj wenn man nicht zu den erfindungsgemäßen Maßnahmen greift_e

Das Spülgas enthält viel COp aus dem Entgasungspro-.eß, wenn man einen aaueratoffreien Brennstoff verkokt. Es enthält viel Wasserdampf, wenn man das Verkokungsgas in der Endstufe der

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Kondensationsanlage nicht weit genug abkühlt. Je höher der Anteil der Vergasungsmittel am Spülgas ist, desto größer ist die Absenkung der Spülgastemperatur durch Vergasungsreaktionen,

sie/
gleichgültig ob/vor oder in dem Koksbett ablaufen. Das" kann vor allem bei gut reaktionsfähigem Koks dazu führen, daß die gewünschte, hohe Verkokungstemperatur nicht erreicht wird. Die Erfindung sieht deshalb weiterhin vor, in solchen Fällen die Vergasungsmittel aus dem Verkokungsgas herauszunehmen, ehe es zur Erzeugung von Spülgas verwendet wird_o Zweckmäßig geschieht das im Falle des Kohlendioxyds durch Waschen mit geeigneten Flüssigkeiten, im Falle des Wasserdampfes durch v/eitere Abkühlung des Gases auf eine Temperatur unter 15°C, vorzugsweise unter 10⁰C, gegebenenfalls unter Verwendung eines Kälteaggregats. Dadurch wird erreicht, daß der Umfang der endothermen Reaktionen, die durch die Vergasungsmittel Kohlendioxyd und Wasserdampf verursacht werden, schon in der Vorvergasungsstrecke vermindert wird und die Temperaturerhöhung über die Verkokungsendtemperatur hinaus für das Spülgas in geringeren Grenzen gehalten werden kann.

In der Abbildung 1 ist das Verfahren beispielsweise und schematisch dargestellt.

Dabei ist 1 der Bunker für stückige Brennstoffe, aus dem das Gut in den Schachtofen mit der Verkokungszone 2 gelangt. Es wird anschließend in der Kokskühlzone 3 abgekühlt i-iid danach abgezogen,

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In der Brennkammer 4 wird ein Heißgas erzeugt, das nach Zugabe · kohlenstoffhaltigen Materials in die Heißgasleitung 5 rait diesem reagiert und durch die Dachreihe 6 in den Schachtofen als Spülgas eingeleitet wird. Zur Erzeugung des Heißgases wird aufgeheiztes Uas aus der Kokskühlzone durch die Dachreihe 7 mittels eines Gebläses 8 abgezogen. Ein Teilstrom dieses Gasea wird in die Brennkammer 4 geleitet. Ein anderer Teilstrom wird in einem. Wärmetauscher 9 abgekühlt und die Wärme zum Vorheizen der Verbrennungsluft für die Brennkammer 4 verwertet. Das den Luftvorwärmer 9 verlassende Kühlgas wird im Wascher 10 weiter abgekühlt, wird mit einem Teilstrom des Verkokungsgases aus der Kondensationsanlage 11 für das Verkokungsgas versetzt und wird mittels Gebläse 12 in die Kokskühlzone 3 des Schachtofens zurückgeleitet. Das l/erkokungsgas aus der Konderi3ationsanlage 11 v/ird dazu gegebenenfalls noch durch einen 7/ascher 13 geführt, um Kohlendioxyd auszuwaschen. Die vereinigten Gasströme für die Kpkskühlzone können zusätzlich noch durch einen weiteren Wascher 14 geführt werden, um ein Gas zu erhalten, dessen Taupunkt stark herabgesetzt ist.

Die Erfindung sei nunmehr anhand eines Beispiels näher erläutert. Dabei v/ird auf das Schema in Figur 1 Bezug genommen. Die Brennrstoffbriketts gelangen vom Bunker 1 in die Verkokungszone 2 des Schachtofens, in der sie bis auf 87O⁰G erhitzt werden und durchwandern schließlich die Kokskühlzone 3» aus welcher sie mit 150⁰C als Pertigptodukt abgezogen werden. Dar Ofen wird mit 1000⁰C heißen Spülgasen beheizt, die in der Bronnkammer hergestellt werden und durch die Heißgasleitung 5 und die

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Dachreihe 6 in die im Sehacht langsam abwärts wandernde Brennstoffschüttung gelangen. Zur Herstellung des Spülgases wird 500⁰C heißes Gas benutzt, welches über die Dachreihe 7 vom Gebläse 8 aus der Kokskühlzone abgezogen wird. Es wird zum Teil als Brennergas mit vorgewärmter Luft aus dem Wärmeaustauscher verbrannt, teils wird es als Rückgas zur Steuerung der Heißgastemperatur in den hinteren Teil der Brennkammer 4 eingeleitet, Zur Vorwärmung der Luft wird im vorliegenden Beispiel das restliehe heiße Kühlgas verwendet. Auf diese Weise wird die fühlbare Wärme des erzeugten Kokses weitgehend für den Verkokungsprozeß ausgenutzt.

Nach dem Luftvorwärmer wird das Kühlgas im Wascher 10 gekühlt. Anschließend wird ihm 35⁰C warmes Verkokungsgas aus der Kondensationsanlage 11 zugesetzt, ehe es vom Gebläse 12 wieder-im Kreislauf zurück zur Kokskühlzone 3 geführt wird. Die aus der Kondensationsanlage dem Kühlgas zugesetzte Verkokungsgasmenge wird zweckmäßig so gewählt, daß sie der zur Herstellung: des Spülgases aus dem Kreislauf entnommenen entspricht.

Das heiße Spülgas enthält Vergasungsmittel in Form von C0_? und Dampf. Diese werden teils von dem aus der Kondensationsaniage entnommenen Verkokungsgas mitgebracht, zum anderen Teil entstehe" sie bei der Verbrennung in der Brennkammer. Leitet man dan 1000⁰C heiße Spülgas unmittelbar in den Schacht ein, dann wird unter Abkühlung des Spülgases ein Teil des Kokses uiirch Ver-

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gasungsreaktiorien aufgezehrt. Da3 hat eine Verringerung der Koksfestigkeit zur Folge. Nach einer Ausführungsf(prm der Erfindung wird in die Brennkammer 4 zusätzlich Erdgas eingeblasen, welches einer teilweisen Spaltung unterliegt und dabei.Ruß bildet. Ein Teil dieses Rußes reagiert auf dem Weg bis zu den Heißgasdächern 6 mit den Vergasungsmitteln unter Abkühlung des Gases auf 900⁰C. Dabei wird die für die Koksfestigkeit nachteilige Vergasung vorweggenommen. Man kann das Erdgas mit gutem Erfolg auch an anderen Stellen des Verfahrens zusetzen^ λ beispielsweise vor dem Kühlgasgebläse 12 oder am Anfang der Heißgasleitung 5.

Die Erdgasmenge wird so bemessen, daß ein kleiner Überschuß an Ruß entsteht. Dieser wird von den Spülgasen mit in den Schacht gerissen und legt sich an die Koksstücke an. Bei richtiger Fahrweise findet sich auf dem fertigen Koks vereinzelt und auch nur stellenweise ein leichter Rußanflug. Es ist nicht Aufgabe der erfindungsgemäßen Arbeitsweise,eine Schutzhülle um die einzelnen Koksstücke zu erzeugen. . |

Nach einer anderen Ausführungsfοrm der Erfindung wird am Anfang der Heißgasleitung 5 Brennstoffstaub, der aus dem heißen Verkokungsgas abgeschieden wurde, in das aufgeheizte Spülgas eingeführt. Die zur Beseitigung des Vergasungspotentials einzuführende Staubmenge liegt bei etwa 0.5 bis 3 $ des Koksdurch- · satzes. Wenn man das kohlenstoffhaltige Material in Form von Staub zuführt, kann es vorteilhaft sein, die Roste z.B. die

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Dachreihe 6 zum Einleiten des heißen Spülgases in die Schüttung unten offen zu gestalten. Dieee Ausführungsform bietet keine Möglichkeit für die Ablagerung von Ascheteilchen oder nicht ganz vergasten Staubes im Rost_o

Von den Waschern 13 und 14 dient der erstere zum Auswaschen von COp mit geeigneten Flüssigkeiten, wie z.B. Alkazidlauge oder Äthanolamin, der letztere zur Taupunkterniedrigung durch Berieseln mit gekühltem Wasser von z.B. 4-5 C. Diese Wascher sind aber im Uormalfall nicht erforderlich.

Das Schema in. Abbildung 1 kann in mancher Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise kann man auf die Gas- oder luftvorwärmung verzichten oder sie in anderer Weise vornehmen, man kann Wascher an eine andere Stelle setzen und dgl., ohne daß man deshalb von der Erfindung abgeht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell auch auf die Verkokung feinkörniger Brennstoffe anwendbar.

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Claims

PATENTANSPRUCHS

Verfahren zur kontinuierlichen Verkokung von stückigen Brennstoffen bei hoher Temperatur oberhalb 75O⁰O in einem. Schacht-

. ofen mit uninittelbarer Erhitzung durch ein heißes Spülgas,

das durch Teilverbrennung des Verkokungsgases erzeugt und im Gegenstrom zu den stückigen Brennstoffen durch den Schachtofen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem heißen Spülgas vor Eintritt in die Hochteinperaturverkokungsstufe λ ein reaktionsfähiges Material zugesetzt wird, das mit den im Spülgas enthaltenen Vergasungsmitteln reagiert, bevor das Spülgas in das Brennstoffbett eingeleitet wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit 0.2-2 see. beträgt»
3) Verfahren nach den .Ansprüchen 1. und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß dem heißen Spülgas Brennstoffstaub und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden.
4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstaub und/oder das kohlenwasserstoffreiche Gas vorerhitzt werden.
5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß im Verkokungsgas-Sammelkanal aussedimentierte und/oder der.durch einen Zyklon aus dem Verkokungsgas abgeschiedene Staub dem heißen Spülgas zugesetzt wird ο

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6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das zur Herstellung des Spülgases erforderliche
Brenner- und Rückgas und/oder die Brennerluft vorgewärmt
werden.
7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung des Spülgases verwendete Verkokungsgas einer OOp-iVäsche unterworfen wirdo
8) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung des Spülgasea verwendete Gas
auf einem Taupunkt unter 15⁰C, vorzugsweise unter 1O⁰C,
gebracht wird.
9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Spülgas mit dem restlichen, unvergasten Staub durch unten offene Roste in die Schüttung des Ofens
eingeleitet wird.

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