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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von brennbaren Gasen aus einem
Gemisch von kohlenstoffhaltigem Staub und Sauerstoffträgern in einer geschlossenen
Kammer. Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von brennbaren
Gasen (Wassergas, Luftgas oder ein Gemisch von diesen beiden Gasen) aus staubförmigen
Brennstoffen.
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Insbesondere handelt es sich um die Verwertung der Rückstände, die
bei der Entgasung bitumenhaltiger Brennstoffe zwecks Gewinnung der Nebenerzeugnisse
(Urteer, Urgase) entstehen. Der Rückstand besteht meist aus einem nicht oder nur
wenig gebackenen, leicht zerreiblichen, oft auch aschereichen Koks. Dieser Halbkoks
ist, wenn er nicht mit großem Kostenaufwand brikettiert werden soll, auf andere
Weise als durch Vergasung in Staubform, abgesehen von unmittelbarer Verbrennung,
nicht zu verwerten. Vorher muß dieser vollkommen trockene Halbkoks auf größte Feinheit
zermahlen werden. Denn daß unfühlbare, in höchster Gluthitze frei schwebende Kohlenstoffteilchen
die denkbar leichtesten Bedingungen für die Überführung des festen Kohlenstoffes
in den gasförmigen Zustand bieten, ist klar.
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Im übrigen kann das neue Verfahren auch auf trockenen Koksgrus und
Grus von anderen an Feuchtigkeit, Bitumen und Gas armen Brennstoffen (z. B. Anthraz.tgrus)
Anwendung finden.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Vergasungsgemisch in eine geschlossene
Kammer eingeblasen und über einem glühflüssig erhaltenen Schlackenbad mittels einer
Pumpe abwechselnd durch Saugwirkung der Strömungsrichtung des Gemisches entgegen
und durch Druckwirkung mit ihr gleichgerichtet durcheinanderg3w:rbelt wird.
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Zweckmäßig besteht das Schlackenbad in einem glühflüssigen, durch
die Gasbildungskammer gz#lzitetan Strom, welcher ringförmig geschlossen ist und
an einer Stelle außerhalb der Zersetzungskammer durch Verbrennen eines Gasluftgemisches
o. dgl. dauernd auf seiner Temperatur gehalten wird.
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Zur Erzeugung von sogenanntem Luftgas (trockenem Generatorgas) ist
ein Vergasungsgemisch zu verwenden, welches dem theoretischen Erfordernis entsprechend
4,32 cbm atmosphärischer Luft auf 1 kg Kohlenstoff enthält. Im praktischen Betriebe
ist jedoch nicht darauf zu rechnen, daß das Mengenverhältnis von Luft zu Kohlenstoff
an allen Stellen des Vergasungsgemisches gleichmäßig und richtig ist. Infolgedessen
können örtlich beschränkte Verpuffungen eintreten, welche Störungen in der Bewegung
des in höchster Gluthitze schwebenden Vergasungsgemisches und in der gleichmäßigen
Gaserzeugung verursachen würden. Dies soll, falls der staubförmige Brennstoff nicht
schon von Natur hinreichenden Ascheng--halt besi`zt, verhindert werden durch Zusatz
von unverbrennbarem Staub, welcher den infolge örtlicher Verpuffung etwa plötzlich
auftretenden Wärineüberschuß zur eigenen Erhitzung aufnimmt und im weiteren Verlaufe
des Vergasungsvorganges wieder abgibt, also temperaturausgleichend auf den Vergasungsvorgang
einwirkt.
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Bei der Vergasung der Kohle mittels Wasserdampfes ist die Wassergasreaktion
H20 -f- CO zY C02 + H2 als sekundärer Vorgang stets wirksam und auf die Zusammensetzung
des Gases von bestimmtem Einfluß. Dieser Vorgang wird durch die« katalytische Wirkung
der Aschenbestandteile des Brennstoffes stark beschleunigt (vgl. d e G r a h 1,
»Wirtschaftliche Verwertung der Brennstoffe«, 2. Auflage 1921, Verlag R. Oldenburg,
S. 163, und Fis eher- G w o s dz, »Kraftgas«, 2. Auflage 1921, Verlag Otto Spamer,
S. 87, 92, I I8).
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Bei dem bisher üblichen Verfahren der Wassergaserzeugung mit körnigem
Brennstoff treten bei Aufzehrung der Kohlenstoffbestandteile
immer
von neuem glühende Aschebestandteile an die Oberfläche, wo sie unmittelbar zur beschleunigten
Einwirkung auf die in der Gasphase sich abspielende Wassergasreaktion kommen.
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Wird nun der- Brennstoff in feinstgemahlener Form zur Wassergaserzeugung
nach dem vorgeschlagenen Verfahren verwendet, so werden bei der Vergasung aschearmer
Brenn. stoffe (z. B. Holzkohle, Petroleumkoks) die Aschebestandteile nicht in hinreichender
Menge :und in gleichmäßiger Verteilung im Vergasungsgemisch auftreten, um an jeder
Stelle des Gemisches im Augenblick der Wasserdampfzersetzung am glühenden Kohlenstoff
beschleunigend auf das Eintreten des Wassergasgleichgewichtes und dessen Verschiebung
nach der Seite der Kohlensäure einwirken zu können. Verläuft die Reaktion für einen
Teil der entstehenden Gase zu träge, so bleibt einem entsprechenden Teil der Kohlensäure
nicht die nötige Zeit zur Reduktion zu Kohlenoxyd, und dieser nicht reduzierte Teil
vermindert den Heizwert des fertigen Gases. Deshalb soll bei der Vergasung aschearmer
Brennstoffe zu Wassergas dem Vergasungsgemisch unbrennbarer Staub entsprechend überschüssig
beigemengt werden, so daß selbst bei großem Durchsatz und bei einer auf wenige Sekunden
bemessenen Dauer des ganzen Vergasungsvorganges die primär entstehenden Gase an
ihrer Entstehungsstelle restlos auch die zur beschleunigten Einstellung des Wassergasgleichgewichtes
vorteilhaften Aschebestandte:lc im Augenblick ihrer Entstehung vorfinden, so daß
der in der hohen Temperatur Lst augenblicklich entstehenden Kohlensäure im vcllen
Umfange auch die zur Redu',tion zu Kohlenoxyd nötige Zeit verbleibt, das fertige
Wassergas also mit höherem Heizwert abzieht.
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Der Gaserzeuger erhält eine gestreckte Form, wobei das Schlackenbad
den Boden bildet und der darüber befindliche Kanal, durch welchen das Vergasungsgemisch
strömt, zunächst in g._r:nger Höhenabmessung gehalten ist, dann aber einen Raumzuwachs
erhält, welcher die infolge der Vergasung en:stehende Volumenzunahme des Gemisches
übersteigt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit sich vermindert und vom Gase mitgeführter
Staub sich auf das Schlackenbad absetzen kann.
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Das neue Verfahren ermöglicht nicht nur eine vorteilhafte Verwertung
der erwähnten kohlenstoffhaltigen Rückstände, sondern zeigt zugleich einen Weg zur
ununterbrochenen Erzeugung von reinem Wassergas, welches bisher in der Praxis nur
durch abwechselndes Heißblasen und Gastnachen hergestellt werden kann. Das neue
Verfahren ermöglicht ferner die Gewinnung von praktisch kohlensäurefreiem Gas, da
durch das verhältnis# mäßig lange Verweilen des Vergasungsgemi# sches bei wirbelndem
Schweben in der hohen Temperatur der Zersetzungskammer die restlose Umsetzung der
Kohlensäure in Kohlenoxyd in Gegenwart glühenden Kohlenstoffes gewährl°istet wird,
während bei den bekannten Gaserzeugern unvermeidlich stets ein Teil Kohlensäure
unzersetzt bleibt. Nach dem neuen Verfahren läßt sich auch vollkommen trockenes
Luftgas erzeugen, da die Verwendung des bisher meist unvermeidlichen Wasserdampfes
zum Kühlen der Roste und. zum Zermürben der Schlacken nicht in Frage kommt. Das
Schlackenbad des neuen Verfahrens befindet sich vielmehr im ständigen Kreislauf,
wobei von Zeit zu Zeit der durch die anfallende Schlacke en'stehende überschuß durch
Abstich entfernt wird.
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Ein weiterer Fortschritt gegenüber dem bisher bekannten Verfahren
besteht in der Ausnutzung der strahlenden Wärme des hochglühenden Schlackenbades
zum Erglühen der Kohlenstoffteilchen des Vergasungsgemisches bis zu ihrer vollständigen
Verzehrung. Das immer wieder auf die erforderliche Gluthitze aufgefrischte Schlackenbad
kommt im ununterbrochenen Zuge immer von neuem in die Zersetzungskammer.
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Das Vergasungsgemisch strömt nicht, wie bei bekannten Gaserzeugern,
auf eine in den Ausmaßen beschränkte Fläche, bestehend aus einer grobkörnigen, glühenden
Brennstoff= schicht aus, welche dabei aufgezehrt wird und nach Maßgabe ihrer Verzehrung
durch Beschicken des Ofens ergänzt werden muß. Es fällt also bei dem neuen Verfahren
ein entsprechender Verbrauch an wertvollem Brennstoff fort. Das Vergasungsgemisch
strömt auch nicht auf eine von außen her in Glut erhaltene Fläche aus, welche nach
Maßgabe ihrer Wärmeleitfähigkeit, dem Wärmedurchgang einen mehr oder weniger großen
Widerstand bietet. Das neue Verfahren vermeidet vielmehr di3 darin liegenden Wärmeverluste,
abgesehen davon, daß ein geeigneter Baustoff für die höchstglühenden Wandungen "der
Zersetzungskammer des älteren Verfahrens bisher nicht bekannt ist.
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Die Beimischung von unbrennbarem Staub zu dem Vergasungsgemisch zur
Verhinderung des Weitergreif; ns etwa eintretender örtlicher Verpuffung beim Verbrennen
eines Teiles der Kohl2nstof-t-ilchen ermcgl:cht d e Vergasung auch solcher staubförmiger
Brennstoffe zu Luftgas, denen bei der voraufgegangenen Destillation nicht alle leicht
verpuffenden Kohlenwasserstoffverbindungen entzogen worden sind oder die von der
Natur einen nicht allzu hohen Gehalt solcher Gase haben,
Auf der
Zeichnung ist alsAusführungsbeispiel - ein Gaserzeug-r zur Ausführung des neuen
Veifahrens d@.rgestellt: Abb. i stellt- einen Grund:iß -des Ofens als wagerechten
Schnitt nach der gebrochenen Linie I-I in Abb. 2 dar, Abb. 2-einen aufgerollt gedachten
Längsschnitt in der senkrechten Ebene durch d_e kreisförm-ge@ Mittellinie II-11
des Schlackenbades, ausgehend und schließend an der Linie A-A in Abb. i. Abb. 3
zeigt einen senkrechten Querschnitt durch die Mischkammer und den Übergang derselben
in die Zersetzungskammer nach der Linie III-III in Abb. i und i, Abb. 4 einen Querschnitt
durch die Zersetzungskammer nach der Linie IV-IV in Abb. i und 2, Abb. 5 einen durch
die Heizkammer (links) und durch den sich erweiternden Teil der Zersetzungskammer
(rechts) laufenden senkrechten Querschnitt durch den Ofen nach der Linie V-V in
Abb. i und 2, endlich Abb. 6 einen senkrechten Querschnitt durch den am meisten
erweiterten Teil der Zersetzungskammer nach der Linie VI-VI.
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Das zu vergasende Gemisch von Brennstoffstaub und Sauerstoffträger
- in diesem Falle hochüberhitzter Wasserdampf - wird durch die Zuleitung i in die
Mischkammer 2 geblasen, durch die abwechselnde Saug- und Druckwirkung des Kolbens
3 durcheinandergewirbelt und tritt dann in die kreisringförmige Zersetzungskammer
4 ein, über dem die nötige Hitze zum Erglühen der Kohlenstoffteilchen ausstrahlenden
glutflüssigen Schlakkenbad 5 in noch wirbelnder Bewegung dahinschwebend. In dem
sich erweiternden Teile der Zersetzungskammer ist die Vergasung beendet, die Wirkung
des Kolbens 3 verliert sich, das Gas nimmt verminderte Strömungsgeschwindigkeit
an und die vom Gase mitgeführten Schlackenteilchen können sich auf das Schlackenbad
absetzen. Das fertige Gas wird durch den Kana16 abgesaugt.
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Das Schlackenbad ruht in dem kreisringförmigen Trog 7, welcher in
der Pfeilrichtung (Abb. i) vermittels des Antriebes 8 unter der feststehenden Zersetzungskammer
gle_Chmäßig gedreht wird. Der Trog 7 wird vom Scheibenrad 9 getragen, welches auf
der in einem Spurlager sitzenden und in geeigneter Weise dauernd lotrecht erhaltenen
stehenden Welle io in wagerechter Lage befestigt ist.
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Das durch den Zersetzungsvorgang gekühlte Schlackenbad #gelangt durch
die Drehung fortlaufend unter die Heizkammer i i, in welcher ein durch die Zuleitung
12 zugeführtes Gas@uftgemisch verbrennt und dem Schlackenbad die in der Zersetzungskammer
en zogene Wärmemenge unter entsprechender Temperatursteigerung wieder zuführt. Die
Abgase aus der Heizkammer i i werden durch den Abzug 13 abgeführt.
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Zwischen Heizkammer und Zersetzungskammer ragen die Abschlüsse 14
und 15 in den Raum über dem Schlackenbad bis dicht auf dessen Oberfläche
herab zur Trennung der Heizkammer von der Zersetzungskammer.
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Der durch die einfallende Schlacke entstehende überschuß des Schlackenbades
wird durch den Abstich 16 von Zeit zu Zeit unter vorübergehender kurzer Unterbrechung
der Drehung des Troges abgestochen. Den Abschluß der Heizkammer und der Zersetzungskammer
nach außen bewirkt der Sandverschluß 17.