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Verfahren und Vorrichtung zur ununterbrochenen Erzeugung von Wassergas
oder von einem an Wasserstoff oder Kohlenoxyd reichen Generatorgas aus pulverförmigem
Brennstoff. an hat Lereits vorgeschlagen. den Wärme-M 2
bedarf verschiedener
metalltirgis"lier und anderer chemischer Prozesse an Stelle der Außenbeheizung in
der Weise zu decken, daß in dein Ofen selbst #-erinittels einer örtlichen Verbrennung
erzeugte Wärme durch Strablung auf das zu behandelnde Gut übertragen wird, wobei
letzteres durch eine neutrale oder auch reduzierende Grasatmosphäre gegen die oxydierende
Wirkung der die '\#,'ärinestrali-I el lung liefernden Flammen geschützt wird. Zur
Herstellung von Wassergas im ununterbroclienen BetrieLe ist dieses Verfahren auch
bereits vorgeschlagen worden. Durch ein Brennstoffbett, das die für die Wassergasbildting
erforderliche Sebichtstärke besitzt und durch Strahlung erhitzt wird, wird ständig
ein Strom von Wasserdampf geleitet, und die entstehenden Gase werden beispielsweise
von ,unten abgeleitet. Es wird jedoch auf diese Weise nicht möglich sein, praktisch
größeru Mengen von Brennstoff zu \-ergasen, da die Strahlungswärme wegen der geringen
Wärmeleitfähigkeit der K-ohle nicht in- die Tiefe dringt. überhaupt unmöglich wird
aber dieses Verfahren zur Vergasung von feinkörnigen oder muh-nigen Brennstoffen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht unter Verwendung der Strahlungsheizung
die ununterbrochene Herstellung von 25 Wassergas, wenn der Brennstoff nach Art der
Koblenstaubfeuerun,- in den Strahlungsbereich de# Ofens eingeführt und hier mit
dein zugleich eingeblasenen Wasserdampf in der Schwebe vergazt wird. Der zweelzinqßig
#chr hoch überhitzte Wasserdampf wird hierbei für -ewöhnlich zum E, inblasen des
Kohlenstaubes in den Ofen benutzt.
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Die Zeichnung zeigt das Schema dieses Vorz# el ganges. 0 stellt
den Ofen dar, der durch den Rost ;- in zwei Teile geteilt wird. Bei h, sind
Z,
die Kohlenstaubbrenner angeordnet, wibrend bei (1 das Wasberdampf- (Kohlen,-,#*ture-)
Kolllenstaubgemisch eintritt. Die Wärmequelle im 01-erteil des Ofens kann natürlich
an Stelle der Kohlenstaubfetierung auch in anderer Weise ausgebildet werden, z.
B. derart, daß ein Teil des bei - austretenden Generator-oder Wassergases
über dem Wasserdampfkohlenstatibeintritt d bei k in den Ofen geleitet
und im Brenner unmittelbar mit Luft oder nur zum Teil mit invertierter Flamme verbrannt
wird. Im letzteren Falle würde der unverbrauchte Teil des Gases mit nach unten ab,gezogen
werden. Die Gasrückleitung ist nicht gezeichnet. Die Abgase strömen Lei
c
kn
in die Esse.- Ihre fühlbare Wärme wird natürlich noch in geeigneter
Weise entweder für die Luftvorwärmung oder zur Dampfüberhitzung verwendet. Unmittelbar
über dem z#
durchlässigen Herd r, welcher mit einer schwachen
Schicht von Koks heschickt sein kann, wird der Kohlenstaub mit dem überhitzten Dampfstrom
bei d eingeleitet. Die durch Strahlung vermittelte Wärme dient zur Zersetzung
des Kohlenstoffes und des Wasserdampfes (Kohlensäure) in Wassergas (Generatorgas),
welches bei g abgezogen wird.
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z# Es wird sich nun in den meisten Fällen empfehlen, die Befeuerung
mittels einer Kohlenstaubflamme vorzunehmen. Abgesehen davon, daß die Leistungsfähigkeit
der Anlage hinsichtlich der verwertbaren Menge von Nutzgas dadurch sehr herabgesetzt
würde, wenn ein großer Teil des erzeugten Wassergases zur Beheizung verbraucht werden
würde, und daß hei etwaiger Verwendung anderen Gases, wie z. B. von Generatorgas,
dieses ineinerbesonderenAnlage erzeugtwerden inüßte, bietet die Verwendung von Kohlenstaub,
der im allgemeinen einen billigeren Brennstoff darstellt als Generatorgas oder Wassergas,
für das vorliegende Verfahren, bei dem ohnedies Brennstaub bereits für die Wassergaserzeugung
benötigt wird, noch folgende Vorteile.
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Wenn, wie es bei der praktischen Durchführung des Verfahrens im allgemeinen
der Fall sein wird, die Kohlenstaubflamme die Zone der Wassergasbildung überlagert,
so wird es im vorliegenden Falle nicht wie sonst bei der Kohlenstaubfeuerung auf
eine vollständige Verbrennung des Brennstaubes ankommen. Unter Einwirkung der in
dem Oxydationsraume herrschenden hohen Temperatur und der Wärmestrahlung von den
Umschließungswinden wird eine rasche Verbrennung der feineren Bestandteile des Brennstaubes
und der alsbald ausgetriebenen Destillations-23 produkte erfolgen, während die weniger
feinen und gröberen Bestandteile des Staubes aus der nach dem Abzuge strömenden
Flamme ausfallen können, um in der tieferen Zone zur Wassergasbildung zu dienen.
Es wird demnach insbesondere bei der Verwendung von Brennstaub aus gas- und teerabgebenden
Brennstoffen sehr rasch, d. h. auch ohne Anwendung langer Flammenwege, wie
sie bei den gewöhnlichen Kohlenstaubfeuerungen zur Erzielung einer vollständigen
Verbrennung erforderlich sind, die für die Heizflammen erforderliche Brennstoffmenge
unter Erzeugung einer hohen Flammtemperatur verbrennen, wobei der nicht verbrennende,
aber bereits entgaste Anteil mit dieser hohen Temperatur aus der Flamme heraus nach
der Zone der Wassergasbildung übertritt. Dieser ausfallende Koks wird zugleich einen
Schleier bilden, durch den der Übertritt von Wasserdampf aus der Gasungszone nach
der Heizzone hin verhindert wird, wodurch unnütze Dampfverluste vermieden werden.
Wenn ein Teil des zersetzten Dainpfes als Wassergas oder überwiegend als Wasserstoff
nach der Heizzone hin diffundiert, so wird er hier verbrannt und trägt so zur Erhöhung
der Heizzonentemperatur bei. Bei einer Beheizung mittels Kohlenstaub ist sonach
auch bessere Gewähr für eine praktisch hinreichende Trennung der Heiz- und der Gasungszone
gegeben als bei Verwendung der Gashei-zung.
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Diese Ausscheidung der gröberen Bestandteile aus der Heizflan-ime
kann beispielsweise dadurch begünstigt werden, daß man der Flamme in der bei Brennstaubfeuerungen
jetzt vorherrschenden Weise eine Umkehrbewegung vor ihrem Austritt aus dem Ofen
er-teilt.
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Wiewohl es nun unter Innehaltung geeigneter Bedingungen auf die vorstehend
angegebene Weise zweifellos möglich ist, Wassergas in ununterbrochenem Betriebe
zu erzeugen, wäre der wärmetecbnische Effekt einer solchen Arbeitsweise noch ziemlich
mangelhaft, wie aus folgenden Überlegungen hervorgeht. Unter Berücksichtigung der
für die Dampferzeugung verbrauchten Wärmemenge kann man annehmen, daß für die Vergasung
von i kg C nach der Gleichung C + H,0 =: CO
+ H, et-,va
3000 WE erforderlich sind. Nun ist aber zu bedenken, daß die Heizgase aus
dem Ofen fast mit Höchsttemperatur abströmen. Sie führen also noch große Wärmemengen
mit sich, die bei weitem nicht für den Prozeß, wie zur Erzeugung und Überhitzung
des Wasserdampfes, nutzbar gemacht werden können. Man kann annehmen, daß zur Lieferung
der nötigen strahlenden Wärme nahezu so viel Brennstaub verbrannt werden muß, als
die in -Wassergas übergeführte Brennstoffmenge beträgt. Wird nun die Beanspruchung
in dem für die Erzeugung der strahlenden Heizflammen dienenden Teil des Ofens zu
hoch, so wird infolge der dabei auftretenden Strörnungs- und Druckverhältnisse eine
st#ärkere Einwirkung und Störung der Wassergas bildenden Schichten schwer zu vermeiden
sein, infolgedessen die ruhige Bildung des Wassergases ungünstig beeinflußt werden
muß.
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Nach dem vorliegenden Verfahren sollen nun weiterhin diese aus einer
übermäßigen I#eanspruchung der Heizgase sich ergebenden Schwierigkeiten dadurch
vermieden werden. daß man in die Zone der Wassergasbildung im Gemisch oder neben
dem Wasserdampf noch gewisse Mengen von reinem Sauerstoff einführt und auf diese
Weise einen Teil des Wärmebedarfs der Wassergasbildung deckt-Bemerkt sei hier, daß
die Verwendung von reinem Sauerstoff im Gemisch mit Wasserdampf zur Erzeugung von
Wassergas auch mit pulverförmigen Brennstoffen an sich bekamit
ist.
Die ausschließliche Verwendung von reinem Sauerstoff zur Erzeugung von Wassergas
scheitert bei uns noch an den verhältnismäßig hohen Kosten des Satierstoffes. Ini
vorliegenden Falle sind diese für die Wirtschaftlichkeit nicht ausschlaggebend,
weil der Sauerstoff einerseits nur in beschränkter Menge erforderlich ist und weil
dadurch anderseits die Verwertung der in außerordentlich großen Mengen anfallenden
Staubkoblen der Gruben erst möglich wird.
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Führt man an Stelle des reinen Sauerstoffes an Sauerstoff angereicherte
oder auch gewöhnliche atmosphärische Luft in die Ver 'gasungszone ein, so erzielt
man ein Mischgas, dessen Zusammensetzung zwischen dem im gewöhnlichen Gen
- eratorbetrieb erzeugten Mischgase und Wassergas liegt. Auch die mit atmosphärischer
Luft durchgeführte Erzeugung eines derartigen Mischgases, das sich aber infolge
der überwiegenden Beteiligung des Wasserdampfes an der Gasbildung von dem gewöhnlichen
Misch- oder Dawsongase durch einen höheren Wasserstoffgehalt tinterscheidet, würde
unter die vorliegende Erfindung fallen.
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Wie bereits eingangs erwähnt wurde, wird der Herd des Ofens
nach dem Abzuge für das Ntit7gas hin zi#-eclzmiUig beispielsweise durch eine auf
einem Rost lagernde dünne Koksschicht abgeschlossen. Diese wird durch das abziehende
Gas stark erhitzt und trägt zur weiteren Zersetzung noch unzersetzt gebliebenen
Wasserdampfes und zur Reduktion der noch vorhandenen Kohlensäure bei. Diese reduzierende
Filterschicht könnte auch durch eine Lage unverbrennlicher Stoffe, wie z. B. grober
Schlackenstücke, gebildet werden, auf denen sich die unzersetzten gröberen Bestandteile
des Brennstatibes niederschlagen, um hier noch vergast zu werden. Das Filterbett
dient auch zur Abscbeidung der au " s dein Gasstrorn ausfallenden Aschen-
und Schlackenteilchen und muß nach stärkerer Ansammlung Z,
der letzteren erneuert
werden. Dies könnte etwa in der auch bei Brennstaubfetierungen bekannten Weise durch
einen Kettenrost oder eine ähnliche Einrichtung . erzielt werden.
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Zur Erzielung der gewunschten Strömungsrichtung der beiden Gasströme
- des Heiz-gases und des Nutzuases - wird es für gewöhnlich
erforderlich sein, ihre Abzüge unter einen entsprechenden Unterdruck zu setzen.
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Zur Erzielung eines hohen Wärmenutzeffektes einerseits, anderseits
aber auch zur raschen Durchführung der Vergasung ist es
unbedingt erforderlich,
die bei der DurchführiLing des Verfahrens auftretenden Abwirmen jeder Art für den
Prozeß selber, insbesondere zur Überhitzung des Wasserdampfes, nach Möglichkeit
auszunutzen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß man das vorliegende Verfahren
auch zur Herstelhing eines an Kohlenoxyd reichen Gases verwenden kann, wenn man
an Stelle von Wasserdampf Kohlensäure verwendet.
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Bemerkt sei noch. (laß man das Verfahren nach der E rfindung
auch an bestehenden Brennstaubfetierungen, z. B. für Darnpfkessel oder metallurgische
Öfen, zur Anwendung ])ringen kann, soweit die Verbrennung, wie es jetzt bei Dampfkesselfeuerungen
überwiegend üblich ist, in einer dem Heizraum vorgelagerten ger. äumigen Verbrennungskarnmer
stattfindet, wobei der Brennstaub von oben eingeführt wird und die Flammrichtung
in einer gewissen Tiefe eine Umkehr erfährt. Bekanntlich ist es bei diesen
Feuerungen zumeist nicht möglich, den mit der Kohlenstaubfetierung verbundenen Vorteil
einer hohen Verbrennungstemperatur wegen der Beschädigung des Matierwerkes vollkommen
auszunutzen, so daß man gezwungen ist, die Flammtemperatur beispielsweise durch
Arbeiten mit einem den Wirkungsgrad der Feuerung herabsetzenden Luftüberschuß zu
erniedrigen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Erniedrigung der Flammtemperatur
durch Beahlung nach einer Zone "ünstigung der Abstr< stark endothermischer Vorgänge
zur Gewinnun- eines hochwertigen Gases nutzbar züi machen.
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Es sei noch erwähnt, daß schon früher vorgeschlagen wurde,
Wassergas aus pulverförmigen Brennstoffen in der Weise zu erzeugen, (laß der Brennstoff
im Gemisch mit Wasserdampf gegen eine von außen beheizte Fläche getrieben wird.
- Abgesehen davon, daß bei diesem Vorschlage offenbar nur eine Übertragung
der W.ärme durch Berührung des Brennstoffs mit der Heizfläche beabsichtigt ist,
ware die von der Fläche abstrahlende Wärmeinenge für die Deckung des Wärmebedarfs
der Reaktion praktisch belanglos. Erst durch die vorliegende Erfindung, die sich
bewußt auf die von der Wissenschaft neuerdiiigs erkannte und jetzt auch von den
Feuerungstechnikern mehr und mehr beachtete Bedeutung des Wärmeübergange's von einer
in hoher Temperatur befindlichen Flamme durch Strahlung stützt, ist ein Weg gewiesen,
die Strahlungsheizung für die Lösung des Probleins der kontinuierlichen Wassergaserzeugung
nutzbar zu machen.