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Entgasungs- und Vergasungsverfahren mit Wasserkreislauf zur Kühlung
des Gases und Sättigung der Vergasungsluft. Bei dem Mondgasverfahren erfolgt .die
Vergasung unter reichlichem Dampfzusatz zur Vergasungsluft, und zwar in einer Menge
von etwa 3 kg Dampf auf z kg Kohlenstoff. Bisher wurde ein Teil dieser Dampfmenge
durch die Vorwärmung und Sättigung von kalter Luft mittels heißen Kühlwassers, das
beim Gaswaschen fällt, gedeckt. Da bei letzterem @die fühlbare Wärme des Generatorgases
verlorengeht und große Wassermengen erfor.derlich
sind, wird zur
Erhöhung der Wärmeausnutzung die fühlbare Wärme des Generatorgases im Gegenstrom
zur Erwärmung des Luftdampfgemisches verwendet, was auch die Reaktion im Generator
befördert.
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Die fühlbare Wärme, d. h. -die Eigenwärme des Gases einschließlich
der Dampfwärme, beträgt infolge des h ,hei Feuchtigkeitsgehaltes .etwa 25 bis
30 Prozent der Brennstoffwärme. Davon können etwa 6 bis. 7 Prozent in dem
Gegenstromüberhitzer an das Luft-Dampf-Gemisch abgegeben «-erden. Weitere 6 bis
7 Proze=nt werden aus ,dem warmen Kühlwasser in den Luftsättigungstürmen nutzbar
gemacht. Der Rückgewinn beträgt sonach kaum die Hälfte der fühlbaren Wärme.
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Noch ungünstiger stellt sich dieses Verhältnis bei der Vergasung stark
wasserhaltiger Brennstoffe, wie Braunkohle und Torf, da bei deren Vergasung die
fühlbare Wärme im Gas prozentual etwa die gleiche, ein Rückgewinn zur Vorwärmung
des Luft-Dampf-Gemisches wegen der niedrigen Gastemperatur aber ausgeschlossen ist.
Da für die Vergasung solcher Brennstoffe die Vorwärmung des Luft-Dampf-Gemisches
von ausschlaggebender Bedeutung ist, wird diese in getrennt aufgestellten, direkt
heizbaren überhitzern durchgeführt. Es ist einleuchtend, daß dadur'ch der wärmetechnische
Nutzeffekt einer Gesamtanlage ungünstig beeinflußt wird.
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Die Wichtigkeit einer besseren Wärmeausnutzung für diese Verfahren
ergibt sich daraus ohne weiteres. Wie aus :dem Gesagten hervorgeht, stehen etwa
18 Prozent der Brennstoffwärme als warmes Kühlwasser zur Verfügung, und diese würden
vollauf genügen, um den Gesamtbedarf an Dampf für die Vergasung zu decken. Beti
dem bisher ausgeübten Verfahren muß man sich aber mit einer Ausnutzung von etwa
% ,dieser Wärme begnügen. Es ist dies dadurch erklärlich, daß wohl die Wärmemengen
vorhanden sind, aber bei so niedrigen Temperaturen, daß eine entsprechende Ausnutzung
nicht möglich ist. Es ist hierbei einerlei, ob man nur einen Kühlturm verwendet
oder deren zwei, einerlei, ob man hierbei das Warmwasser des ersten Turmes allein
zur Beaufschlagung des Luftturmes verwendet oder das Gesamtwasser beider Kühltürme
oder Kühltürme mit bewegten oder unbewegten Einbauten verwendet und auch die Aufenthaltszeit
des Wassers in den Türmen zwangsweise verlängert. Alle solche Maßnahmen können.
wohl geringfügige Verbesserungen bringen, aber eine technische Lösung der Aufgabe
stellen sie nicht dar.
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Zur Begründung dieser Tatsache mag kurz folgendes ausgeführt werden:
Die Dampfmenge, welche i cbm Luft bei verschiedenen Temperaturen und bei vollständiger
Sättigung aufzunehmen vermag, wird -mit steigender Temperatur immer größer und erreicht
bei ioo° den Wert Unendlich. Wenn man daher den Dampfgehalt von i cbm Luft oder
den entsprechenden Wärmeinhalt zeichnerisch darstellt, so verläuft diese Linie asymptotisch,
wie in Linie z (Abb. i der Zeichnungen) dargestellt ist. Bei der Entgasung entfallen
für i cbm Luft je nach der Kohlenart etwa 1,7 bis 1,9 cbm Gas. Dieses Gas folgt
ungefähr den gleichen Sättigungsgesetzen, und wenn man eine mittlere Ausbeute von
1,8 cbm annimmt, so erhält fnan als Wärmeinhalt die Linie 2, deren Wagerechte das
i,8fache derjenigen der Linie i ist. Andererseits verläuft dien Wärmeinhalt einer
bestimmten Wassermenge nach einer Geraden; verschiedene solcher Linien sind in Abb.
i für wechselnde Wassermengen eingetragen worden. Will man nun die theoretisch notwendige
Kühlwassermenge für diezugrundegelegteni,8chm Gas ermitteln, so verbindet man den
Punkt rz der Anfangstemperatur etwa 82° mit dem Punkt b der gewünschten Endtemperatur
und erhält so die Gerade 3; diese ist parallel der Geraden für etwa 16 1,
somit 16 : z,8 = 9 1 je Kubikmeter Gas. Tatsächlich benötigt man erheblich größere
Wassermengen, weil die Anfangstemperatur des Wassers nicht mit der Endtemperatur
des Gases und die Anfangstemperatur des Gases nicht mit der Endtemperatur des Wassers
übereinstimmt. Da aber die vom Gas abgegebene und vom Wasser aufgenommene Wärme
einander gleich sein müssen, so müssen die Endpunkte der Wärmeinhaltslinie des Wassers
zwischen Parallelen durch a und b liegen; auf der Schaulinie Abb. i ist ac
parallel bd und cd (4.) parallel ab (3) : andererseits muß aber der
Wärmeinhalt des Wassers in jedem einzelnen Kühlabschnitt des Vorganges kleiner sein
als der Wärmeeinhalt des Gases, so daß die Linie ced, die das Parallelogramm abcd
des Kühlvorganges abschließt, links von der Linie 2 liegen muß und diese an keinem
Punkt schneiden darf, also im günstigsten Falle eine Tangente sein kann. Danach
ergibt sich der ungefähre Verlauf derLinie4 nach den Erfahrungen, wie in Abb. i
dargestellt.
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Ähnlich, aber natürlich im umgekehrten Sinne liegen die Verhältnisse
bei der SättigUng von Luft mit Warmwasser. Die Bedingung ist dann, .daß ein ordnungsgemäß
verlaufenrler Sättigungsvorgangs nur dann bestehen kann, wenn der Wärmeinhalt des
wärmeabgebenden Wassers stets in allen Abschnitten größer als der durch die Linie
i bestimmte ist, wenn also die Wasserbedarfslinie 4 rechts von der Linie i liegt
und dieselbe gleichfalls nicht schneidet. Tritt dieses ein (in Abb. i z. B. Punkt
e), so kann eine
Sättigung nicht mehr stattfinden, und eine vollständige
Ausnutzung der im Wasser zur Verfügung stehenden Wärme ist unmöglich. Zahlreiche
Versuche haben nun gezeigt, daß diese Störung außerordentlich leicht eintritt, besonders
in dem gegebenen Falle, wo das Wasser einerseits als Kühlwasser und andeterseits
als Sättigungswasser dienen soll, «-o also -die Wasserbedarfslinie den Raum zwischen
den Linien i und 2 nicht überschreiten darf. Die Praxis hat sich wegen dieser Schwierigkeiten
bisher damit begnügt, nur etwa l/. der Wärme des Kühlwassers nutzbar zu machen,
und erst eingehende praktische Versuche, verbunden finit theoretischen Erwägungen,
haben dazu geführt, eine Lösung zu finden.
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Diese liegt, wie man an Hand der Abb. i erkennen kann, darin, die
Linie d. durch eine gebrochene (5, 6) zu ersetzen, die vollstänr_lig in dem Zwischenraum
i, 2 bleibt, und also sowohl die Kühlung als auch die Sättigung in mehreren Abschnitten
mit verschiedenen Wassermengen vorzunehmen, so daß der Verlauf beispielsweise durch
die Linie 5 und 6 gekennzeichnet ist. Man wird also einen besseren Wärmeaustausch
nur -dadurch erreichen, daß man die Sättigung :der Luft statt wie -bisher in einem
Vorgang nun in mehreren Abschnitten und mit jeweils (in -den einzeinen Abschnitten)
so bemessenen Wassermengen durchführt, d.aß die Wärmeinhaltslinien für das jeweilige
Kühlwasser in dem Raum zwischen den Linien i und 2 bleibt.
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Eine für die bisher übliche Durchführung des Mondgasprozesses geeignete
Vorrichtung ist in Abh. 2 dargestellt.
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Das in dem Gaserzeuger a entstandene Gas wird zu dem Teerwascher b
und dem Amnioniakwascher c geleitet, wo es von den Nebenerzeugnissen befreit wird.
Es verläßt den Ainmoniakwasdher mit einer Temperatur, die seinem Taupunkt entspricht
und etwa z%vischen 7o bis 8o° liegt. Bei dieser Temperatur enthält das Gas sehr
viel Feuchtigkeit, so daß eine Kühlung notwendig ist, die in bekannter Weise in
den beiden Kühltürmen d und e nacheinander erfolgt.
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Das warme Kühlwasser des ersten Kühlturmes d wird auf dem Luftsättigungsturm
f
aufgegeben, wo .es im Gegenstrom zu der Vergasungsluft, die von dem Gebläse
h eingeblasen wird, niedergeht und seine Wärme in der Hauptsache abgibt. Das unten
auffallende gekühlte Wasser wird im Kreislauf wieder auf den Kühlturm d aufgegeben.
Für diesen Kreislauf dienen die beiden Umlaufpumpen lt. Das Kühlwasser aus dem zweiten
Kühlturin e durchströmt zwecks: Kühlung einen Kaminkühler g, tun im gekühlten Zustand
wieder in den Kreislauf-Pumpeni- zurückzukehren. Zn Abb. 3 ist die Ausgestaltung
des Kühlvorganges nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das warme
Kühlwasser vom Gaskühler d durchströmt einen Luftsättigungsturm f= in derselben
Weise, wie vorstehend beschrieben. Das warme Kühl-«,assevon dem zweiten Kühler e
wird jedoch nicht unmittelbar auf den Kaminkühler geleitet, sondern auf einen anderen
Luftsättigungsturm f, und erst von dort aus zum Kaminkühler. Die beiden Luftsättigungstürme
sind hinsichtlich des Luftweges derart hintereinandergeschaltet, daß die Vergasungsluft
vorn Gebläse 1z zuerst den Luftsättigungsturm f1 und dann den Luftsättigungsturm
f @ durchströmt. In dem Turm fr hat sich hie Luft bereits erwärmt und entzieht deshalb
in dein Turm f_ .dem zur Sättigung dienenden Wasser weniger Wärme. Die Folge davon
ist, daß die Sättigrttngstemperatur erhöht und die je Kubikmeter Luft aufgenommeneDampfmenge
größer wird. Die geringere Abkühlung, die das nachträglich wieder zur Kühlung benutzte
Wasser in dem Luftsättiger f, erfährt, macht für die Kühlung selber das Umlaufen
einer entsprechend größeren Wassermenge erforderlich.
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Mit Rücksicht auf die bei diesen Austauschvorgängen unvermeidlichen
Wärmeverluste liegt die Luftsättib ngstemperatur in der Praxis meist niedriger als
die Gasanfangsteniperatur, nämlich um 5° oder mehr, entsprechend Punkt f in der
Schaulinie Abb. i. Je nach der Gasanfangstemperatur wird die nach vorstehendem erreichbare
Luftsättigungsteniperatur für die Vergasung nicht genügen. Für diesen Fall soll
nach der Erfindung eine noch höhere Sättigungstemperatur dadurch erreicht werden,
daß das vom Kühtprozeß koininende Wasser oder ein Teil desselben vor der Aufgabe
in den Luftsättigungsturm durch rrwärmung auf eine höhere Temperatur gebracht wird.
Hierzu kann zweckmäßig die fühlbare Wärme des abziehenden Generatorgases verwendet
werden. Es erscheint dies beim ersten Anblick widersinnig, weil die Verwendung des
Kühlwassers im Luftsättigungsturm ja den Zweck verfolgt, dem Wasser Wärme zu entziehen
und es so für einen dauernden Kühlprozeß brauchbar zu machen. Wenn man nun diesem
Wasser noch Wärme vorher zuführt, so erscheint es naheliegend, daß die Abkühlung
nur um die gleiche Wärmemenge wie vorher, also auf eine höhere Wasserendtemperatur,
möglich wäre, was den Kühlprozeß ungünstig beeinflussen müßte. Dies trifft auch
zu, solange man die Wassermenge und Wassertemperatur nicht genau den durch dieVersuche
gewonnenen Erfahrungen anpaßt.
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Tut maildies aber, so wird man beim
Sättigungsprozeß
trotz der höheren Wasseranfangstemperatur keine höhere, sondern gleichbleibende,
unter Umständen sogar geringere Wassertemperaturen erzielen. Die Ai:-wärmung eines
Wassers, das zur Sättigung von Luft dienen soll, ist an sich ein naheliegender Gedanke,
aber im vorliegenden Falle, wo es sich um eine Verbindung von Sättigung und Kühlung
handelt, nur unter ganz bestimmten Bedingungen, die eben durch eingehende Versuche
festgelegt wurden, anwendbar. Es wird dadurch nicht nur der Zweck erreicht, .die
Endtemperatur der Luft zu erhöhen, sondern zugleich den Wärmerückgewinn -der sonst
verlorenen Wärme des Kühlwassers erheblich zu steigern und so den wärmetechnischen
Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu verbessern.
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In Abb. 4. ist die Ausgestaltung einer Anlage nach Maßgabe dieser
Erfindung dargestellt, indem wieder Abb.2 als Vergleich herangezogen wird. Das vom
Gaskühler d kommende warme Kühlwasser wird durch einen Gegenstromüberhitzer l geschickt,
der in den Gas-,veg zwischen dem Gaserzeuger a und dem Teerwascher b eingeschaltet
wird. Der Überhitzer ist in Abb. @ in größerem Maßstabe dargestellt. Das .dadurch
auf eine höhere Temperatur gebrachte Kühlwasser gelangt sodann in den Luftsättigungsturm
f und v(,llführt den üblichen Kreislauf.
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Bei der Vergasung sehr minderwertiger Stoffe und insbesondere sehr
waserreicher Brennstoffe wird aber das Gas nach dem Veriassen des Gaserzeugers a.
oft nicht genügend Wärme enthalten, um diese Überhitzung des Kühlwassers durchführen
zu können. Man wird daher in einem solchen Falle andere Zi'ärmequellen heranziehen.
Entweder wird man die Abgase- der unmittelbar gefeuerten t'berhitzer oder auch unmittelbar
gefeuerte Vorwärmer verwenden. Es würde in diesem Falle zwar für die Vorwärmung
.des Wassers Wärme aufgewendet werden müssen, dieser \@'ärnieaufwand ist jedoch
erheblich geringer, als wenn man die entsprechende Menge Dampf zur Sättigung der
Vergasungsluft herstellen wollte. Schließlich ergibt sich noch eine Mög@ichkeit
zur Erreichung höherer Luftsättigungsteinperaturen, die darin besteht, die noch
unricsättigte Luft oder auch die bereits teilweise gesättigte Luft vor Eintritt
in den Luftsätti--ingsturm zu erhitzen. Auch das kann zweckmäßig durch die fühlbare
Wärme der abziehenden Generatorgase geschehen.
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In Ab-b.6 ist die Ausgestaltung wieder unter Zugrundelegung der.Abb.2
dargestellt. Die von der Luftpumpe h kommende Vergasungsluft wird durch einen Vorwärmer
-in geschickt (Abb. 7) und in diesem durch die fühlbare Wärmedes Gases beim Austritt
aus dem Gaserzeuger a vorgewärmt, bevor diese Vergasungsluft in den Luftsättigungsturm
f eintritt. Der Vorwäriner besitzt eine Zwischenwand p zur zwangsweisen Führung
der Luft. Auch hier kann der Fall eintreten, daß das Gas die notwendige Wärme nicht
besitzt, um dieseVorwärmung.auszuführen, undkannauch in diesem Falle zweckmäßig
eine Vorwärmung durch Abgase oder unmittelbare Befeuerung stattfinden. Die hierfür
aufzuwendende Wärme wird aber in jedem Falle .geringer sein als diejenige, welche
man benötigt, um die entsprechende Dampfmenge herzustellen.