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VERFAHREN ZUR THERMISCHEN VERARBEITUNG VON FESTEN BITUMINÖSEN WERKSTOFFEN
UND EINRICH-TUNG ZU DESSEN VERwIRKLICHUNG Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren
zur Brennstoffverarbeitung und Einrichtungen zu deren verwirklichung, und zwar Verfahren
zur thermischen verarbeitung fester bituminöser Werkstoffe zur Erzeugung von hochwertigem
Brennstoff (Gas und Harz), Rohstoff für die chemische Industrie, Werkstoffen, die
im Bauwesen und in der landwirtschaft Verwendung finden, sowie bezieht sich auf
Einrichtungen zur Realisierung der erwähnten Verfahren.
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Mit dem größten Vorteil kann die Erfindung in der Brennstoffindustrie
sowie in der Energetik bei der Verwirklichung der Komplexverwertung von festem,
insbesondere aschenreichem Brennstoff z.B. Schiefer verwendet werden.
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Wachsender Bedarf azi Brennstoff; in den entwickelten und Entwicklungsländern,
begrenzte Vorrätc an hochwertigen
Brennstoffen und Ungleichmäßigkeit
der geographischen Lage ihrer Lagerstätten zwingen viele Länder dazu, minderwertige
Brennstoffe, auch solche bituminösen Werkstoffe miteinbegriffen, die frtiher nicht
für Brennstoffe angesehen wurden, wie z.B. manche Schiefer mit geringer ausbeute
an Harz, Bitumensand u.ä. in immer zunehmendem Umfang und von immer schlechter werdender
Qualität zu verwerten. Bei den modernen hochmechanisierten Gewinnungsverfahren wird
fest er Brennstoff unter Bildung einer beträchtlichen Grus- und Staubmenge gebrochen,
was auch in einer Reihe von Fällen seine Verwendung erschwert.
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Das Verteuern von minderwertigen Brennstoffen in 1)ampfkesselfeuerungen
und verschiedenen verfahrenstechni-3chen Einrichtungen (z.B. in Heizfeuerungen)
ist wegen Wir :-kungsgrad- und Leistungseinbuße der Ausrüstung, Bedarf an Beförderung,
Lagerung und Verbrauch großer Brennstoffmengen wirtschaftlich unwirksam sowie mit
beträchtlichen Schwierigkeiten beim Betrieb der Ausrüsung und mit Umweltverunreinigung
verknüpft.
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Die thermische Brennstoffvorverarbeitun; durch Schwelung, die in
der Erwärmung des Brennstoffes bis auf eine Temperatur von 400 bis 600C ohne Luftzutritt
besteht, bietet die Möglichkeit, aus minderwertigen Brennstoffen hochwertige flüssige
(Q = 8000 bis 10000 kcal/kg) und gasförmige Produkte
= = 4000 bis
12000 kcal/m3) zu gewinnen, die £iicht nur hochwertiger Brennstoff, sondern auch
Rohstoff tGr die Erzeugung von nunst-, Klebstoffen, Gummi und sonstiger chemischer
Produkte sind.
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Bekannt sind Verfahren zum Schwelen voll Brennstoffen durch deren
Vermischung mit erhitztem festem Wärmeträger, deren Besonderheit darin bestent,
daß die Asche des früher verarbeiteten Brennstoffes, die durch die beim Nachverbrennen
des Schwelrückstandes frei werdende Wärme erwärmt wird, als Wärmeträger Verwendung
findet (s. Z.B. US-Patentschriften Nr.2600430 vom 17.06.1952, Kl.196-55 und Nr.
2676908 vom 27.04 . 1954, Kl.196-55, BRD-Patentschriften Nr.943903 vom 9.06.1951,
Kl.26a, Gr.3, IPK CI06 und Nr.974376 vom 18.12. 1952, Kl.26a, Gr.3. IPK CIO b ).
Nach den Fatenten enthalten die Einrichtungen zur Verwirklichung der genannten Verfahren
einen Brennstoff-Wärmeträger-Mischapparat, einen Schwelreaktor, einen Speiser zur
Zufuhr der Schwelrückstände in die Feuerung zwecks Nachverbrennung der Schwelrückstände
und gleichzeitiger Erhitzung des Wärmeträgers und ein Mittel zur Zufuhr des Wärmeträgers
in den Reaktor, die in Reihenfolge der Bearbeitungsgänge miteinander verbunden sind.
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Bei der Verarbeitung von aschenarmen Brennstoifen z.3.
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Braunkohlen nach den erwähnten Verfahren kommt fester Schwelrückstand
d.h. Schwelkoks mit hohem heizwert heraus - 4000 bis 6500 kcal/kg - und kann sowohl
als Brennstoff für die
Energetik wie auch für technologische Zwecke
ausgenutzt werden.
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Bei der Verarbeitung von aschenreichen i3rennstoffen z.B. Scliiefern
können im Festrückstand verbleibende brennbare Bestandteile wegen ihrer großen Veraschung
jedoch nicht als Brennstoff verwertet werden. Der Schwelrückstand selbst einer der
Arten von hochwertisem Schiefer enthält nicht über 2 bis 4% brennbare Bestandteile.
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Der Schwelaschenrückstand von aschenreichen Brennstoffen kann im
Baueseii und in der Landwirtschaft Verwendung finden.
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Die im Aschenruckstand erhalten gebliebenen brennbaren Bestandteile
sind jedoch schädlich, weil sie seine Qualität z.B. als Bindemittel oder Füllstoff
u.dgl. herabsetzen.
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Dadurch entsteht die Notwendigkeit, den Schwelrückstand nachträglich
zu verarbeiten.
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Bekannt ist ein Verfahren zur thermischen Verarbeitung von Brennstoffen
durch Schwelung mit festem Wärmeträger unter anschließender Nachwärmung des Schwelrückstandes
mit festem Wärmeträger oder Nachwärmung und Vergasung mit einem Gas, das Kohlenstoffmonoxid,
Methan und wasserdämpfe enthält (s.z.B. BRD Patentschrift Nr.972925 vom 02.10. 1952,
Kl.26a, Gr.3, IPK CIO b ). Nach diesem Verfahren verläuft die Vergasung des Schwelrückstandes
nicht vollständig genug, wodurch von den brennbaren Bestandteilen in den Vergasungsrückständen
viel
mehr bleibt, als zum Verbrauch zwecks Erhitsung des Wärmeträgers erforderlich ist.
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Der erwähnte Nachteil kann unter Verwendung der Vergasung der Schwelrückstände
mit Dampfluft- oder Dampfsauerstoffblasen beseitigt werden, wie es z.B. im Verfahren
nach US-Patentschrift Nr.2741549 vom 10.04 1956, Kl.48-206 vorgesehen ist.
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Nach diesan Verfahren erfolgen Schwelung, Vergasung, Nachverbrennung
des Vergasungsrück staniles und gleichzeitige Erhitzung des Warmetragers in Wirbelschichten
(fluidized solids procesa); Brennstoff und Vergasungsrückstand werden mit Hilfe
des Dampfs oder eines anderen quasiverflässigten Agens der Vermischung mit dem Wärmeträger
Zugeführt. Der den Schwe@l- und Vergasungszonen zuzuführende Wärmeträger wird von
der wirbelschicht der Erwärmungszone angezapft und dessen Verbrauch im Strom einer
dichten Wärmeträgerschicht geregelt.
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Die Einrichtung zur Verwirklichung des erwähnten Verfahrens enthält
einen Brennstoff-Wäemeträger-Mischapparat, einen Schwelreaktor, einen Reaktor zur
Vergasung der Schwelrückstände, einen Speiser zur Zufuhr der Vergasungsrückstände
in die#Feuerung zwecks Nachverbrennung der Verga@-sugsrückstände und gleichzeitiger
Erhitzung des Wärmeträgers und Mittel zur Zufuhr des Wärmetragers in die Reaktoren,
die
in Reihenfolge der Bearbeitungsgänge miteinander verbunden sind.
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Bei der Verarbeitung von aschenreichen Brennstoffen weisen das genannte
Verfahren und die Einrichtung folgende Nachteile auf: Die Nachverbrennung des polydispersen
Vergasung sräck standes mit niedrigem Gehalt an brennbaren Bestandteilen kann nicht
in einer Wirbelschichtfeuerung wirksam sein, weil die Wirbelschicht sich durch große
mechanische Unvollkommenheit der Verbrennung der Brennstoffe auszeichnet, insofern
ein Teil der in die Feuerung neueingetretenen Partikeln infolge intensiver Vermischung
mit dem in Reaktion eingegangenen Gut vor dem Abschluß der Nachverbrennung von brennbaren
Bestandteilen aus der Feuerung ausgetragen wird.
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Außerdem ist die Nachverbrennung grober Teilchen der Vergasungsrückstände
mit niedrigem Gehalt an brennbaren Bestandteilen erschwert und erfordert einet beträchtlichen
Zeitaufund, während die mittlere Verweilzeit der lein und Grobfraktionen von festen
Teilchen, die am Sieden teilnehmen, in der Schicht praktisch gleich ist. Dadurch
befinden sich die feineren Teilchen in der Wirbelschicht im Laute einer Zeit, die
die für deren Nachverbrennung erforderliche Zeit wesentlich überschreitet, was nicht
nur die Mengenvergrößerung des in der Feuerung befindl@chen Gutes, sondern auch
seinen unniltsen Ab@rieeb und somit die Verstaubung des Umlaufkreises
und
letzten indes der zu erzeugenden flüssigen und gasförmigen Produkte nach sich zieht.
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Die Wirbelschichtschwelung des Brennstoffes ist damit verknüpft,
daß ein Teil des neueintreLenden Brennstoffes infolge seiner intensiven Durchmischung
an die Anzapfstelle gelangt und vor dem Abschluß des Schwelvorganges aus dem Reaktor
ausgetragen wird. Dadurch fällt die Ausbeute an Schwelprodukten ab.
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Die unmittelbare Anzapfung des den Schwel- und Verga -sungszonen
zuzuführenden Wärmeträgers von der Wirbelschicht führt kraft intensiver Vermischung
dazu, daß nicht nur grobe, sondern auch feine Ascheteilchen als Wärmeträger Verwendung
finden. Dadurch wird der Umlauikreis zusätzlich verstaubt.
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Die Verbrauchsregelung des auf Temperaturen von 700 bis 110000 erwärmten
Stromes von festem Wärmeträger mit Hilfe von Schiebern oder irgendwelchen mechanischen
Mitteln ist wenig zuverlässig.
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Die Zufuhr des Brennstoffes und des Schwelrückstandes zur Vermischung
mit dem Wärmeträger mit Hilfe des Dampfes oder.
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eines anderen quasiverflüssigten Agens erfordert zusätzliche Kosten
zur Gewinnung des Agens. Außerdem wellen die Schwel-und Vergasungsendprodukte dem
quasiverflussigten Agens verdünnt.
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Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten Nachteile
zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur
thermischen Verarbeitung von festen bituminösen Werkstoffen und eine Einrichtug
zu dessen Verwirklichung zu schaffen, das eine wirksame Nachverbrennong des aschenreichen
polydispersen Vergasungsrückstandes unter Abscheidung von Grobfrakti onen des festen
Nachverbrennungsrükstandes als Wärmeträger zu gewährleisten vermag.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren zur thermischen
Verarbeitung von festen bituminösen Werkstoffen durch ihre Schwelung mit festem
Wärmeträger unter anschließender Vergasung des Schwelrückstandes und Nachverbrennung
des Vergasungsrückstandes, bei dem die Erwärmung von entstehenden Rauchgasen und
Asche, von der ein Teil als Wärmeträger zum Binsatz gelangt, vor sich geht, erfindungsgemäß
die Nachverbrennung des Vergasungsrückstandes im Aero-Eruptionsbetriebszustand erfolgt,
und die erwärmte Asche und die bei der Nachverbrennung des Vergasungsrückstandes
entstandenen Rauchgase werden in Form eines Aerosols, aus dem der Wärmeträger ausgeschieden
wird, gemeinsam abgeleiter, wobei der zum Schwelen erforderliche Wärmeträgerverbrauch
durch die Ableitung eines Aerosolteils, der die Feinfraktion der Asche enthält,
vor der Ausscheidung des Wärmeträgers geregelt wird.
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Das vorliegende Verfahren bietet die Lögliclikeit, minderwertige
aschenreiche
bituminöse Werkstoffe mit einem Gehalt an Mineralteil von etwa 9C%, darunter auch
solche, die fruher nicht als Brennstoff betrachtet wurden, z.B. manche minderwertige
Schiefer, Bitumansand u.ä. zu verarbeiten und hochwertige Brennstoffe (Gas und Harze),
rohstoff £ur die chemische Industrie (Olefine, Resorzine u.a.) sowie Werkstoffe
daraus zu erzeugen, die im bauwesen und in der Landwirtschaft Verwendung finden.
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Durch die Anwendung des Aero-Erupti onsbetriebszustandes der Nachverbrennung
der Vergasungsrückstände wird eine hocheffektive Verbrennung des Werkstoffes gewährleistet,
der 2 bis 4% brennbare Bestandteile, im wesentlichen Kohlenstoff und Pyritschwefel
(Schwefelkies) enthält, falls letzterer bei dem zu verarbeitenden Werkstoff vorliegen
sollte.
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Die lLochleistungsnachverbrennung des Vergasungsrückstandes, der
die Mindestmenge von brennbaren Bestandteilen enthält, gestattet es, die Höchstausbeute
an Vergasungsprodukten zu erreichen, was eine hohe Gesamtausbeute an Produkten der
thermischen Verarbeitung von 70 bis 90% bezogen auf die Potentialwärme des Ausgangsstoffes
gewährleistet.
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Dabei nimmt die Wirksamkeit dei Verarbeitung für Werkstoffe, die
eine niedrige Ausbeute an flüchtigen Produkten bezogen auf die brennbare Klasse
auf weisen, in stärkerem Maße zu.
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Die wirksame thermische Verarbeitung und die Nachvertrennung
der
Vergasung srück stände mit geringer mechanischer Unvollkommenheit der Verbrennung
(mechanisches Unverbranntes) liefert die Möglichkeit, einen hochwertigen Aschenräckstand
zu erzeugen, der sich ohne nachträgliche Verarbeitung fär den Einsatz im Bauwesen,
in der Baustoffindustrie und in der Landwirtschaft eignet.
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Die gemeinsame Ableitung der erwärmten Asche und der bei der Nachverbrennung
der Vrgasungsrückstände entstandenen Rauchgase bietet die Möglichkeit, die Grobfraktion
als wärmeträger aus4;uscheiden und die Feinfraktion von dem Kreislauf abzuleiten,
was gestattet, das Reinigungssystem zu vereinfachen und den Staubgena@t in den thermischen
Zersetzungsprodukten herabzusatzen d .h. letzten Endes die Warenproduktion zu verfeinern.
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Zur Aufbereitung der Mischung beim Schwelen ist es zweckmäßig, den
Wärme träger und den bituminösen Werkstoff in Form von zwei Freifallströmen zuzuführen
und diese Ströme auf einer der Falistrecken in Wechselwirkung zu bringen.
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Die Vermischung des bituminösen Werkstoffes mit dem Wärmeträger im
Freifall eliminiert die Notwendigkeit, ein guasiverflüssigtes Agens (Dampf oder
(£as) zu verwenden, wodurch die Kosten sinken und keine Verdünnung der thermischen
Zerset -zungsprodukte mit dem quasiverflüssigten Agens erfolgt.
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Es ist sehr zweckdienlich, die Schwelung in einer dichten
beweglichen
Schicht bituminöser Werkstoff und Wärmeträger durchzuführen.
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Die Durchführung der Schwellung in der dichten beweglichen Schicht
bietet die Möglichkeit, alle Teilchen des zu verarbeitenden Gutes im Laufe einer
Zeit im Reaktor abzulagern, die zum vollständigen Abschluß der Ausscheidung von
flüchtigen Substanzen nötig ist, und somit die Höchstausbeute an Schwelprodukten
ermöglicht. Außerdem erweist sich der Staubaustrag durch flüchtige Produkte beim
Schwelen in der dichten bejeglichen Schicht als der kleinste.
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Bei der Einrichtung zur Verwirklichung des vorliegenden Verfahrens,
die einen Brennstoff-Wärmeträger-Mischapparat, einen Schwelreaktor, einen Reaktor
zur Vergasung der Schwelrückstände, einen Speiser zur Zufuhr der Vergasungsrückstände
in eine Feuerung zwecks Nachverbrennung des Vergasungsrückstandes und gleichzeitiger
Erwärmung des Wärmeträgers und ein Mittel zur Zufuhr des Wärmeträgers in den Reaktor
enthält, die in Reihenfolge der Bearbeitungsgänge miteinander verbunden sind, findet
erfindungsgemäß eine Aero-Eruptionsfeuerung als @ Feuerung Verwendung, und das Mittel
zur Zufuhr des Wärmeträgers in den Reaktor enthält einen Abscheider zum Ausscheiden
des Wärmeträgers mit Zu- und Abführungsgasleitungen und einer Umführungsgasleitung,
die mit dem oberen Teil der Zufhhrungsgasleituug und mit der Abführungsgasieitung
in
Verbindung steht und mit einem Steuerventil zur Verbrauch mengenregelung
des Aerosols durch die Umführungsgasleitung versehen ist.
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Die vorgeschlagene Binrichtung erinöglicht es, ein Verfahren zur
thermischen Verarbeitung von festen bituminösen, insbesondere polydispersen und
aschenreichen Werkstoffen durch ihre Schwelung mit festem Wärmeträger unter anschließender
Vergasung der Schwelrückstände und Nachverbrennung der Vergasungsrückstände zu verwirklichen,
bei dem die Erwärmung der entstehenden Rauchgase und Asche, von der ein Teil als
Wärmeträger ausgenutzt wird, vor sich geht, und dabei hochwertigen Brennstoff (Gas
und Harze), Rohstoff für die chemische Industrie (Olefine, Resorzine u.a.) sowie
Werkstoffe zu erzeugen, die in der Landwirtschaft und im Bauwesen Verwendung finden.
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Die Anwendung der tero-Eruptionsfeuerung gestattet es, einen hocheffektiven
Aero-Eruptionsbetriebszustand der Nachverbrennung des 2 bis 4% brennbare bestandteile
enthaltenden Vergasungsrückstandes zu bewirken, wodurch die Ausbeute und Qualität
der Warenprodukte erhoht wird.
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Die Anwendung des ittels zur Zufuhr des Wärme trägers in den Reaktor,
das einen Abscheider zum Ausscheiden des Warmeträgers mit Zu- und Abführungsgasleitungen
und einer Umführungsgasleitung enthält, die mit dem oberen Teil der Zuführungsgasleitung
und mit der Abführungsgasleitung in Verbindung
steht und mit einem
gesteuerten Verteilerventil versehen ist, bietet die Möglichkeit, die Grobfraktion
der Asche als Wärmeträger auszuscheiden. Dadurch geht der Staubgehalt der Schwel
und Vergasungsprodukte zurück, und die Güte der Asche, die fein unii gut geglüht
(ausgebrannt) ausgetragen wirdi nimmt; zu.
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außerdem ermöglicht die Ausscheidung des Wärmeträgers aus dem Aerosol
seine stufenlose und stabile Verbrauchsmengeltung.
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Weitere Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
anhand eines Ausführungsabeispiels und der beigzebenen - Zeichnung, die ein Strukturschaltbild
der Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach der Erfindung zeigt, näher
erläutert.
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Die Einrichtung enthält den Mischapparat 1 in Form eines Vertikalgefäßes
mit doppelreihig darin angeordneten, in Laufrichtung des Werkstoffes geneigten Regalen.
Der blischapparat I steht mit einem Reaktor 2, in dem die Schwelun erfolgt und der
ein Bunker bzw. Schachtreaktor und für agglomerierende oder backende Brennstoffe
eine rotierende Trommel sein kann, in Verbindung. Der Reaktor 2 ist mit einem Stutzen
3 zur Ableitung der Schwelprodukte versehen. ueber eine Rohrleitung 4 mit Schieber
5 steht der Reaktor 2 mit einem Wirbelschichtreaktor 6 in Verbindung, der zur Vergasung
des Schwelrückstandes
bestimiat ist.
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Der Wirbelschichtreaktor 6 ist mit einem Stutzen 7 zur Ableitung
von flüchtigen Vergasungsprodukten und Stutzen 8 und 9 zur Luft- und Dampfzufuhr
versehen.
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Über eine Rohrleitung 10 mit Schieber II und einen Druckluftspeiser
12 ist der Wirbelschichtreaktor 6 mit einer Aero-Eruptions-lIeizfeuerung 13 verbunden,
die den Feuerraum 13' enthält, der über eine Rohrleitung 13" mit dem Druckluftspeiser
12 in Verbindung steht.
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Zur Gebläseluftzufuhr ist die Heizfeuerung 13 mit einem Stutzen 14,
der durch den Druckluftspeiser 12 verläuft, versehen. Die Gebläseluftzufuhr kann
jedoch auch auf eine andere Weise erfolgen.
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Das Mittel zur Zufuhr des Wärmeträgers in den Reaktor 2 ist an die
Heizfeuernng 13 angeschlossen. Dieses Mittel enthält einen Wärmeträgerabscheider
15 mit einer Zuführungsgas leitung 16 und einer Abführugsgasleitung 17 sowie eine
Umführungsgasleituug 18, die mit dem oberen Teil der Zufährungsgasleitung 16 und
mit der Abführungsgasleitung 17 in Verbindung steht. Die Umführungsgasleitung 18
ist mit einem Steuerventil 19 z.B. einem Drosselventil versehen.
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Die Steuerung des Ventils 19 kann automatisch - nach der Temperatur
des Schwelrückstandes - oder von Hand erfolgen.
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Der Wärmeträgerabscheider 15 steht über eine Rohrleit ung 20 mit
dem Mischapparat 1 in Verbindung. An die Abfüh
rungsgasleitung
17 ist das Mittel zur ZuSuhr des Wärmeträgers in den Wirbelschichtreaktor 6 angeschlossen.
Dieses Mittel enthält einen Wärmeträgerabscheider 21 mit einer Zuführungsgasleitung
22 und einer Abführungsgasleitung 23 sowie eine Umführungsgasleitung 24, die mit
dem oberen Teil der Zufüh -rungsgasleitung 22 und mit der Abführungsgasleitung 23
in Verbindung steht. Die Umführungsgasleitung 24 ist mit einem gesteuerten verteilerventil
25 versehen, dessen Konstruktion der des Steuerventils 19 ähnlich sein kann.
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Die Steuerung des Ventils 25 kann automatisch - nach der Temperatur
des Vergasungsrückstandes - oder manuell erfolgen.
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Der Wärmeträgerabscheider 21 ist über eine Rohrleitung 26 mit dem
Reaktor 6 verbunden.
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Die Abführungsgasleitung 23 steht mit einem Abscheider 27, der mit
einem Stutzen 28 zum Austrag der Asche aus der Einrichtung versehen ist, in Verbindung.
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Über eine Gasleitung 29 ist der Abscheider 27 mit einem Trockner
30 s.B. einem Aero-Eruptionstrockner verbunden, der mit einem Speiser 31 z.B. einer
Zuteilschnecke zur Zufuhr des bituminösen Werkstoffes versehen ist.
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Über eine Gasleitung 32 steht der Trockner 30 mit einem Abscheider
33 in Verbindung, der mit einem Stutzen 34 zum Austrag von Rauchgasen aus der Einrichtung
und mit einer Rohrleitung 35 zur Ableitung des bituminösen Trockengutes in
den
Mischapparat 1 mit Hilfe eines Speisers 36 z.B. einer Zuteilschnecke versehen ist.
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Die Wirkungsweise der vorliegenden Einrichtung ist wie folgt.
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Der zerkleinerte bituminöse Werkstoff z.e. Schiefer wird mit Hilfe
des Speisers 31 kontinuierlich dem Trockner 30 zugeführt in dem er mit Wärme der
im Abscheider 27 entaschten Rauchgasen der Feuerung 13 ausSetrocknet wird.
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Das Trockenschiefer-Rauchgas-Aerosol strömt von dem Trockner 30 durch
die Gasleitung 32 in den Abscheider 33 ein.
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Von dem Abscheider 33 wird das Rauchgas durch den Stutzen 34 zur sanitären
Entstaubung geleitet und darauf ins Freie ausgeworfen, und der im Abscheider 33
ausgeschiedene Trockenschiefer tritt durch die Rohrleitung 35 in den Speiser 36
wird ein, mit dessen Hilfe der Schiefer dem hIischapparat 1 zugeführt@@@@.
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Von dem Abscheider 15 tritt durch die Rohrleitung 20 der feste Wärmeträger
d.h. die in der Feuerung 13 auf eine Temperatur von 700 bis 1100°C armärmte Asche
des früher verarbeiteten Schiefers ebenfalls kontinuierlich in den Mischapparat
1 ein.
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Der Schiefer und der Wärmeträger treten in den Mischapparat 1 in
Borm von zwei frei fallenden Strömen ein, die in Wechselwirkung gebracht werden,
wobei ihre Durchmischung stattfindet.
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Das Schiefer-Wärmeträger-Gemisch tritt von dem Mischapparat 1 in
den Reaktor 2 ein, wo der Schiefer durch die fühlbares Wärme des Wärmeträgers in
einer dichten beweglichen Gemischschicht auf eine Temperatur von 450 bis 650 0C
erwärmt und im Laufe einer Zeit, die für seine vollkommene thermische Zersetzung
d.h. Schwellung nötig ist, abgelagert wird.
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Im Reaktor 2 nandern keine Schiefer und Wärmeträgerteilchen in Hinblick
aufeinander bei der Bewegung der Gemischschicht von oben nach unten. Es ist daher
ratsam, für agglometierende oder backende Werkstoffe den Reaktor in Form einer rotierenden
Trommel zu verwenden, in der bei der Bewegung des Gemisches von der Eintritts-zur
Austrittsöffnung die mehrfache Durchmischung vor sich geht, die die Bildung grober
Stücke des Sintergutes verhindert.
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Die beim Schwelen entstandenen flüchtigen Produkte -harz-, wasserdämpfe
und Schwelgas - werden durch den Stutzen 3 aus dem Reaktor ausgetragen und nach
der Entstaubung zur Dampfkondensation und Weiterverwendung z.B. als Brennstoff oder
Rohstoff für die chemische Industrie geleitet.
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Der feste Schwelrückstand d.h. ein Gemisch aus festem wärmeträger
und Schwelkoks, der aus Schiefer durch dessen thermische Zersetzung entstanden ist,
wird durch die Rohrleitung 4 in den Reaktor 6 gefördert.
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Im Reaktor 6 wird der Schwelräckstand der Vergasung mit I)nmpfluft-
oder Dampfsauerstoffblasen, das durch die Stutzen 8 und 9 zugeführt wird, unterworfen.
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Aufgrund der Wärme exothermischer Reaktionen bei der Vergasung von
brennbarem Teil des Schwelkokses steigt im Reaktor 6 dadurch die Temperatur des
Schwelrückstandes auf 600 bis 9000C. Es werden flüchtige Substanzen praktisch vollkommen
ausgeschieden und ein Teil des Kohlenstoffes vom Schwelrückstand vergast.
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Ein feil der Wärme, die zur nachträglichen Erwärmung des zu verarbeitenden
Schwelrückstandes erforderlich ist, kann durch die Zufuhr von festem Wärmeträger
durch die Rohrleitung 26 von dem Abscheider 21 in den Reaktor 6 erzeugt werden.
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Dies bietet die Möglichkeit, die Gebläseluftmenge entsprechend herabzusetzen
und ein mit Stickstoff der Gebläseluft weniger verdünnter Gas zu gewinnen.
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Gas, Harz und Wasserdämpfe, die dabei aus dem Schwelrückstand entweichen,
werden durch den Stutzen 7 aus dem Reaktor 6 ausgetragen. und nach der Reinigung
der Weiterverwendung z.B. als Brennstoff oder Rohstoff für die chemische Industrie
geleitet.
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Der feste Vergasungsrückstand d .h. ein Gemisch aus Wärmeträger und
Koks, der durch nachträgliche Abscheidung flüchtiger Substanzen und Vergasung aus
schwelkoks entstanden ist,
der eine unbedeutende Menge von brennbaren
Substanzen, vor allem Kohlenstoff enthält, wird durch die Rohrleitung 10 mit Hilfe
des Speisers 12 von den Reaktor 6 in die Feuerung 13 geleitet.
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In der Feuerung 13 mit Luftzufuhr, die durch den Stutzen 14 zugeführt
wird, werden die brennbaren Substanzen des kokses im Aero-Eruptionsbetriebszustand
nachverbrannt. Die durch exothermische Reaktionen der Koksnachverbrennung dabei
entstehende Asche, Rauchgase und der in der Einrichtung zur kulierende faste Wärmeträger
werden auf eine Temperatur von 700 bis 110000 erwärmt.
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Infolge der Gebläseluftzufuhr in Richtung von unten nach oben und
der entsprechenden Form des Feuerraumes 13' stellt sich eine springbrunnenartige
Bewegung des nachzuverbrennenden Vergasungsrückstandes in der Aero-Eruptionsfeuerung
13 ein.
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Der in den unteren Teil des Feuerraumes 13' eintretende Vergasungsrückstand
wird mit dem aufsteigenden Gebläseluftstrom hochgehoben. Im oberen Teil cies Feuerraumes
13' verliert der nachzuverbrennende Vlerkstoif an Gaschwindigkeit.
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Dabei verläßt ein Teil davon die Feuerung 13, während ein anderer
Teil dieses Werkstoifes in den unteren Weil des Feuerraumes 13' zurückgeführt wird,
wo er gemeinsam mit dem eintretenden Vergasungsrückstand erneut zum oberen Teil
des Feuerraumes 13' hinaufsteigt. Da verschieden große Teilchen
des
Nachverbrennungsgutes unterschiedliche Austrags zahlen aufweisen, so werden diese
verschieden große Teilchen beim Verfeuern des polydispersen Vergasungsrückstandes
unterschiedliche Zirkiilationszahl und Jeweils ungleiche Verweilzeit im Feuerraum
13' besitzen.
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Dabei werden grobe Teilchen, die geringe Werte der Austragszahl aufweisen,
sich länger als feine Teilchen, die große Werte der Austragszahl ausweises in der
Feuerung 13 befinden.
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Durch Auswahl der Betrieusart und Konstruktion der Beueung 13 wird
die Verweilzeit von verschieden großen Teilchen im Feuerraum 13' gewährleistet,
die der für ihre vollkommene Nachverbrennung erforderlichen Zeit entspricht.
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Asche und Rauchgase werden gemeinsam als Aerosol aus der Feuerung
13 ausgetragen. Das Aerosol wird in die Zuführungsgasleitung 16 geleitet. In der
Zuführungsgasleitung wird das Aerosol mit Hilfe des Ventils 19 in swei Ströme eingeteilt.
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Der eine davon, der dem unteren Teil der Zuführungsgasleitung 16 entnommen
wird und die Grobfraktion der Asche in einer Menge enthält, die zur Versorgung des
Reaktors 2 mit Wärmeträger nötig ist, wird dem Abscheider 15 zugeführt. Die durch
den Abscheider 15 ausgeschiedene Asche d.h. Wärmeträger wird durch die Rohrleitung
20 zum Vermischen mit dem ausgetrockneten Schiefer in den Mischapparat 1 geleitet.
Das Wärmeträger-Schiefer-Gemisch tritt in den Reaktor 2 ein. Das Aerosol aus
Aschenrückständen
und Rauchgasen wird von dem Abscheider 15 der Abführungsgasleitung 17 7 zugeführt.
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Der zweite, mit dem Yentil 19 aus dem oberen Teil der Zuführungsgasleitung
16 separierte Aerosolstrom, der die Feinfraktion der Asche enthält, wird durch die
Umführungsgasleitung 18 zum Vermischen mit dem aus dem Abscheider 15 auszutragenden
Aerosol der Abführungsgasleitung 17 zugeführt.
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Die Aufuhr des Warmetragers in den Reaktor 6 erfolgt ähnlich wie
die in den Reaktor 2.
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Als Wärmeträger für den Reaktor 6 wird die gröbste Fraktion der Asche
mit Hilfe des Abscheiders 21 aus dem Aerosol ausgeschieden, das durch die Abführungsgasleitung
17 in die Zuführungsgasleitung 22 eintritt. Das Aerosol wird mit dem Ventil 25 geteilt.
Der Aerosolstrom, der die feinere Fraktion der Asche enthält, wird durch die Umführungsgasleitung
24 am Abscheider 21 vorbei in die Abführungsgasleitung 23 gefördert. Der mit dem
Abscheider 21 ausgeschiedene Wärmeträger wird durch die Rohrleitung 26 in den Reaktor
6 geleitet.
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Die obenangeführte Folge der Ausscheidung des Wärmegewährleistet
die Ausscheidung des gröberen Wärmetragers tragersyin den Reaktor 2, was die Reduzierung
des Staubgehalts bei flüchtigen Schwelprodukten fördert. Falls der Staubgehalt im
Gas, das im Reaktor 6 entsteht, reduziert und die Verstaubungsforderungen an harzige
Schwelprodukte, die im Reaktor 2 ausgeschieden werden, z.B. bei Verwendung eines
Halsteils für die Straßendeckenfertigung, herabgesetzt werden
müssen,
kann die Folge der Ausscheidung des Wärmeträgers umgekehrt angenommen werden. Dabei
wird der mit dem Abscheider 15 ausgeschiedene Wärmeträger in den Reaktor 6 und der
mit dem Abscheider 21 ausgeschiedene Wärmeträger in aen Reaktor 2 geleitet.
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Das durch die Abfuhrungsgasleitung 23 eintretende Aerosol wird in
den Abscheider 27 geleitet. Die im Abscheider 27 ausgeschiedene Asche wird durch
den Stutzen 28 der Weiterverwendung z.B. für die Berstellung der Baustoffe geleitet,
und die entaschten Rauchgase strömen durch die Gasleitung 29 in den Trockner 30
zum Trocknen des neueintretenden Schiefers ein.
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Bei Stiflsetzungen und Reparaturen der Sinrichtung wird der Reaktor
2 mit Hilfe des Schiebers 5 von dem Reaktor 6 abgeschaltet, während die Abschaltung
des Reaktors 6 von dem Speiser 8 mit Hilfe des Schiebers 11 erfolgt.
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Die Wärme der aus der Einrichtung auszutragenden Dampfgasschwel-
und Vergasungsprodukte sowie die wärme, die nicht zum Trocknen und 1;rwärmen des
Schierers benötigt wird, kann in den bekannten Verfahren für Vorwärmung der Gebläselft,
Raumheizung und andere Zwecke verwertet werden.
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Nachstehend werden konkret-e Ausführungsbeispiele des Verfahrens
nach der vorlieöenden Erfindung angeführt.
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Beispiel 1 Ein Schiefer mit folgender Charakteristik wird verarbeitet:
Arbeitsfeuchtigkeit 12,5% Aschengehalt der Trockenmasse 49,0% Gehalt an Kohlenstoffdioxid
bei Karbonaten der Trockenmasse 17,5» Verbrennungswärme der Brennstofftrockenmasse
in kalometrischer Bombe 3000 kcal/kg Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen bezogen
auf die brennbare tasse 909 Der feuchte, bis zu einer Teilchengröße von 0 bis 15
mm zerkleinerte Schiefer wird kontinuierlich dem Trockner 30 zugeführt, wo er ausgetrocknet
und mit den Rauchgasen der Feuerung 13 bis auf eine Temperatur von 120°C erwärmt
wird.
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Der erwärmte und ausgetrocknete Schiefer wird mit dem festen Wärmeträger
vermischt, der in der Feuerung 13 bis auf eine Temperatur von 850°C im Verhältnis
1;1,9 erwärmt ist. Das Schiefer-Wärmetrager-Gemisch wird im Reaktor 2 im Laufe von
13 Minuten bei einer Endtemperatur des Gemisches von 490°C abgelagert, bei der der
Schwelvorgang verläuft. Die beim Schwelen entwickelten flüchtigen Produkte enthalten
Harzte dämpfe in einer Menge von 148,9 kg je 1 t verarbeiten Schiefers, 9,2 kg/t
Gasbenzindämpfe, 51,1 kg/t Schwelgas und
17,5 kg/t Wasserdämpfe.
Der aus dem verarbeiteten Schiefer entstandene Schwelkoks wird im Gemisch mit dem
Wärmeträger dem Reaktor 6 zugefdhrt, wo dieses Gemisch mit dem zusätzlichen, in
einer Menge von 1800 kg/t zuzuführenden Wärmeträger nacherwärmt und bei einer Temperatur
von 750 0C bei Dampf luftzufuhr vergast. Im Reaktor 6 werden je 1 t Schiefer 385
kg Generatorgas erzeugt, das 17 kg Wasserdampf enthält, während der feste, 4% Wärme
des Ausgangsschiefers enthaltende Verga -sungsrückstand in der Feuerung 13 nachverbrannt
wird. Die für die Erwärmung des Wärmeträgers mangelnde warme wird durch die Verbrennung
von 181 kg Generatorgas in der Feuerung 13 erzeugt.
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Die Verbrennungswärme von Harz beträgt 9600 kcal/kg, Gasbenzin 10500
kcal/kg, Schwelgas 10600 kcal/kg bis 12300 kcal/m3, Generatorgas 860 kcal/kg bis
970 kcal/m3.
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In die Produkte gehen 85,8% Potentialwärme des Schiefers über, darunter
54,7% in Harz, 3,7% in Gasbenzin, 20,7% in Schwelgas und 6,7;o in Generatorgas.
Das Harz kann für die Erzeugung von Kesselheizöl, Turbinentreibstoff und Hausbrand,
Zusätzen zu schwefligen masuten, waschmitteln, Bodenwinderosions- und Schädlingsbekämpfungsmitteln,
Kunst-, Klebstoffen u.ä. verwendet werden. Das bchwelgas, das 35 bis 36% Olefine
enthält, kann bei der Erzeugung von Polymeren, Gummi,verflUs'sigbare Gasen, Haushaltgas
u.ä, Verwendung finden.
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Der Aschengehalt wird in einer Menge von 435 kg/t erhalten.
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Er kann bei der Ausführung von Bauarbeisen als Bindmittel sowie bei
der Zement- und Zementzuschlagstoffherstellung als Zuschlagstoff zu Beschickungsgut
eingesetzt werden. Die Asche kann in der Landwirtschaft zur Kalkdüngung von saueren
Boden ausgenutzt werden Beispiel 2 Es wird ein bituminöses gestein - mit folgender
Charakteristik verarbeitet: Arbeitsfeuchtigkeit 5,0% Aschengehalt der Trockenmasse
75,9% Verbrennungswärme der Trockenmasse in kalometrischer Bombe 1450 kcal/kg Ausbeute
an brennbaren Bestandteilen bezogen auf die brennbare Masse 50% Das bis zu einer
Teilchengroße von 0 bis 15 mm zerkleinerte Naßgut wird kontinuierlich dem Trockner
30 zugeführt, wo es ausgetrocknet und mit den Rauchgasen der Feuerung 13 bis auf
eine Temperatur von 1300c erwärmt wird. Der erwärmte und ausgetrocknete Werkstoff
wird mit dem festen Wärmeträger vermischt, der in der Feuerung 13 bis auf eine Temperatur
von 100000 im Verhältnis 1:1 erwärmt ist. Das Werkstoff-Wärmeträger-Gemisch wird
im Reaktor 2 im Laufe von 13 Minuten bei
einer Endtemperatur des
Gemisches von 5300C abgelagert, bei der der Schwelvorgang verläuft. Die beim Schwelen
entwickelten flüchtigen Produkte enthalten Harzdäiapfe in einer Menge von 24,8 kg
je 1 t verarbeiten Werkstoffes, 2,8 kg/t Gasbenzindämpfe, 29,0 kg/t Schwelgas und
37,8 kg/t Wasserdämpfe.
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Der aus dem zu verarbeitenden Werkstoff entstandene Schwelkoks wird
im Gemisch mit dem Wärmeträger dem Reaktor 6 zugeführt, wo dieses Gemisch mit dem
zusätzlichen, in einer Menge von 1230 kg/t zuzuführenden Wärmeträger nacherwärmt
und bei einer Temperatur von 100000 bei Dampfluftzufuhr verwird gast. Im Reaktor
6 werden pro Tonne Ausgangsstoff 609 kg Generatorgas erzeugt, das 30 kg Wasserdampf
und 1,3 kg Harz enthält, während der feste, 9,4% Wärme des Ausgangsstoffes enthaltende
Vergasungsrückstand in der Feuerung 13 nachverbrannt wird, wobei die Asche bis auf
eine Temperatur von 1000 0C erwärmt wird. Der Aschenrückstand wird in einer Menge
von 705 kg/t @rzeugt.
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Die Verbrennungswärme von Harz beträgt 9180 kcal/kg, Gasbenzin 10100
kcal/kg, Schwelgas 5300 kcal/kg bis 7300 kcal/m3, Trockengeneratorgas 1100 kcal/kg
bis 1300 kcal/kg.
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In die produkte gehen 69,2% Potentialwärme des Ausgangsstoffes, darunter
15,0% in Harz, 1,9% in Gasbenzin, 10,2% in Schwelgas und 42,1% in Generatorgas,
über.
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Der vorliegend bezüglich der Feuerung 13 verwendete Ausdruck "Aero-Eruption"
ist im wesentlichen auf Seiten 19 und 20 erläutert und soll die springbrunnenartige
Bewegungsbahn der Teilchen kennzeichnen.