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Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Brennstoffen kleiner Körnung
Grobstückige Kohle oder grobstückiger Koks kann nach den heutigen Stand der Technik
ohne Anstände in bekannten Gaserzeugern zu brennbaren Gasen umgesetzt werden. Wenn
aber viel feinstückiges Material oder sogar Kohlenstaub im Einsatz enthalten ist,
ergeben sich bei der Vergasung Schwierigkeiten, indem entweder die Gaszusammensetzung
durch ungleichmäßigen Gang des Gaserzeugers oder durch Zusammenbacken des Brennstoffbettes
schlechter wird oder indem zuviel staubförmiger Brennstoff in die Gasleitungen geblasen
wind. Bei feinkörnigen Brennstoffen ist u. a. versucht worden, zur Erzielung einer
gleichmäßigen Arbeit des Brennstoffbettes den eingesetzten Brennstoff schwebend
zu vergasen. Erfahrungsgemäß muß aber, um ein Schweben zu erzielen, mit so großer
sekundlicher Gasgeschwindigkeit gearbeitet werden, daß als nachteilige Folge die
Berührungszeit zwischen Gas und Brennstoffen zu klein wird und sich daher die Kohlenoxydbildung
nach der Formel C02 -(- C .k > 2 CO nur teilweise vollziehen kann. Durch große Gasgeschwindigkeit
kommen die Gase bei den bisher bekannten Gaserzeugerbauarten sehr schnell in kalte
Räume und verlieren dadurch sehr schnell ihre Fähigkeit zur chemischen Umsetzung.
Sowohl in Richtung zur Kohlenoxydbildung als auch in Richtung zur Kohlensäurebildung
ist die Umsetzungsgeschwindigkeit sehr stark von der Temperatur abhängig. Hohe Temperatur
begünstigt die Kohlenoxvdbildung. Das gleiche gilt für die Wasserstoffbildung gemä13
der Umsetzung H2 O + C -H2 + C O -f-- C 02, wo auch hohe Temperatur durch Steigerung
der Reaktionsgeschwindigkeit die Wasserstoff-und Kohlenoxydbildung günstig beeinflußt.
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Es ist schon versucht worden, in einen aufsteigenden hocherhitzten
CO2-Strom hineinzuschleudern und dementsprechend die Vergasung in einer einzigen
Stufe vorzunehmen. Dabei erniedrigt jedoch der kalt eingeblasene Kohlenstaub die
Temperatur des aufsteigenden CO.-Stromes außerordentlich stark, so daß die Reaktion
C 0., + C = 2 C O immer schleppender vonstatten geht und keine wirkungsvolle
Vergasung erzielt werden kann.
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Weiterhin ist durch Versuche erwiesen, daß die Gase in den kälteren
Außenzonen der Gaserzeuger einen erheblich geringeren Kohlenoxydgehalt aufweisen
als innerhalb der höher erhitzten Mitte des Brennstoffbettes, wodurch der Wert des
erzeugten Gases stark herabgesetzt wird. Theoretisch ist der erwähnte Zusammenhang
zwischen Gastemperatur und Gaszusammensetzung durch das sogenannte Boudouardscbe
Gleichgewicht gegeben. Langsam abkühlende Gase aus Gaserzeugern stellen sich von
selbst auf einen geringen Kohlenoxydgehalt ein.
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Weiterhin macht sich noch der Gbelstand äußerst unangenehm bemerkbar,
daß bei den bisher bekannten Gaserzeugerbauarten oft der zu vergasende Brennstoff
in ein einziges Brennstoffbett gepreßt ist. trotzdem er nacheinander
mehrere
Entgasungs- und Vergasungsstufen durchläuft; es sei von diesen nur erwähnt: "der
teigige Zustand bei Erwärmung, der Schwelkokszustand nach der Entgasung, der Halbkoks-
und der Gaskokszustand bei weiterer Erhitzung. Es ist ersichtlich, daß durch das
gleichzeitige 'Nebeneinander von Brennstoff in verschiedenen Gas- und Verkokungsstufen
im Verein mit teigigem Brennstoff und teigiger Schlacke Schwierigkeiten in der Vergasung
auftreten müssen.
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Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, getrennte Räume für Entgasung
und Vergasung vorzusehen, jedoch derart, daß der Vergasungsraum den Entgasungsraum
beheizt und lediglich durch die Wärme des Vergasungsraumes die Entgasung vorgenommen
wird. Infolgedessen kann im Entgasungsraum keinesfalls eine Hochtemperaturverkokung
des Brennstoffes stattfinden, sondern lediglich eine Verschwelung, da hierbei dein
Vergasungsraum eine bedeutende Wärmemenge entzogen wird.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Vergasung von Brennstoffen
kleiner Körnung zur Herstellung von brennbaren Gasen unter im Gegenstromprinzip
in einem Generator in kontinuierlichem Betriebe erfolgender Verkolcung und Vergasung,
bei dein alle diese Nachteile dadurch beseitigt werden, daß, vorn oberen Ende des
Generators beginnend, in einem besonderen, lediglich der Verkokung dienenden Schachtteile
eine; Hochtemperaturverkokung des unbehindert fallenden Brennstoffes durch Innenbeheizung
dieses Schachtteiles durchgeführt wird, während die Vergasung des verkokten Brennstoffes
bei hoher Temperatur unter Ausnutzung der ihm innewohnenden Wärme im aufsteigenden
Strome in einem anderen, nur der Vergasung dienenden Schachtteile erfolgt, wobei
die schweren Teile des niedersinkenden verkolzten Brennstoffes im Rostraum zur Ruhe
kommen, während die leichteren im Vergasungsschacht aufsteigen.
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Die Entgasung und Verkokung des Brennstoffes geschieht zweckmäßig
in einem oder in mehreren Räumen, die innen mit einem hocherwärmten indifferenten
Gas oder mit ei nem flammbaren Brennstoff-Luft-Gemrsch geheizt werden. Der Querschnitt
und die Länge dieser Räume wird nach dem zu verkokenden Brennstoff so bemessen,
daß eine Koksbildung in freiem Fall eintritt. Getrennt von den Entgasungs- und Verkokungsräumen
sind besondere Rostauflager für den verkokten Brennstoff wie auch Vergasungs- bzw.
Reduktionsräume zur Kohlenoxydhildung aus Kohlensäure und Wasserstoffbildung aus
Wasserdampf vorgesehen. Dabei ist es für die Durchführung des Verfahrens einerlei,
ob die Trennung der den verschiedenen Zwecken dienenden Räume örtlich durch eingebaute
Wände vollzogen wird oder ob sie in einem einheitlichen Raum durch zweckmäßige Gas-
und Kokswegführung und entsprechende Führung des Verpasungsstromes erzielt wird,
ähnlich wie es in der Praxis durch Feuerungen mit einer innerhalb eines einheitlichen
Feuerraumes umkehrenden Flamme bekannt ist, wobei ein Gas auch ohne Scheidewände
allein durch zweckmäßige Zug- und Druckunterschiede zu einem vorgezeichneten Weg
gezwungen wird.
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ach der Entgasung und Verkokung wird der Brennstoff durch die Schwerkraft
oder aber auch durch Fördermittel mechanischer oder pneumatischer Art auf einen
Rost gebracht, auf welchem er durch zugeführten Sauerstoff vergast wird. Dabei wird
zur Kühlung des Rostes und zur Wasserstoffbildung Wasserdampf zugesetzt. Das erzeugte
Gas wird im Gegenstrom zu dem zuerst bei der Entgasung bzw. Verkokung entstandenen
Gas durch den Gaserzeuger hindurchgeleitet und dabei durch die im Verkokungsraum
herrschende Wärme unmittelbar oder mittelbar erneut geheizt, Dadurch ergibt sich
der wesentliche Vorteil, daß kalte Gasströmungen vermieden und chemische Umsetzungen
beschleunigt werden. Von grundsätzlicher Bedeutung ist dabei, daß die Länge und
der Querschnitt des Vergasungsraumes derart gewählt werden, daß die Aufentbaltsdauer
des Vergasungsstromes der zur Kohlenoxydbildung und zur Wasserstoffbildung erforderlichen
Zeit entspricht. Diese Ausbildung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die Bildung
von Kohlenoxyd und Wasserstoff gesetzmäßig von der Gastemperatur und der aus der
wirklichen Gasgeschwindigkeit sich ergebenden Reaktionsdauer abhängt. Der Rauminhalt
J der Vergasungs- und Reduktionszone muß der Formel J = k # F # Zt
(273+t) entsprechen, wobei .E =Einsatz an Brennstoff in kg/Std., Zt =zur
CO-Bildung erforderliche temperaturabhängige Berührungszeit, t - Temperatur in Celciusgraden,
k =durch Versuch für jeden Brennstoff ermittelte Konstante bedeuten.
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Deshalb muß neben Gasmenge und Gastemperatur auch Querschnitt und
Länge des Vergasungs- bzw. Reduktionsraumes während des Betriebes regelbar sein,
um die gesetzmäßig zur Bildung eines Gases von hohem Kohlenoxyd- undWasserstoffgehaltes
notwendige Berührungszeit auch bei wechselnder Belastung des Gaserzeugers einstellen
zu können. Aus diesem Grunde ist die Einrichtung getroffen, daß bei Belastungswechsel
ein zu klein gewordener Vergasungs- und Reduktionsraum
durch ein
oder mehrere Zuschalträume nach Ouerschnitt und Länge vergrößert und sinngemäß ein
zu großer Raum verkleinert werden kann.
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Es ist oben erwähnt, daß ein allmählicher Temperaturabfall eine rückläufige
Kohlensäurebildung aus Kohlenoxyd hervorrufen würde. Beim Austritt aus dem Gaserzeuger
wird infolgedessen das Gas in einem angeschlossenen Raunie derart abgeschreckt.
daß es seine fühlbare Wärme sehr schnell an ein wärmeaufnehmendes Mittel irgendwelcher
Art, wie Brennstoff, Luft, Dampf, Wasser u. a., abgibt, damit hierdurch, analog
der Abschreckwirkung von Eisen und :@letalleii, der "Zustand höherer Temperatur,
das ist für Generatorgas der Zustand eines reichlichen Kohlenoxydgehaltes und eines
reichlichen Wasserstoffgehaltes, festgehalten wird.
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Hierbei kann zweckmäßig die dein Gas durch das Abschrecken entzogene
Wärme hi an sich bekannter `''eise durch Erhitzen von Luft, Gas oder Brennstoff
bzw. in Form von Dampf dem Verkokungsraum oder dem Vergasungsraum wieder zugeführt
werden.
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In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
veranschaulicht, sind zur besseren Erläuterung als Trennung der Räume Scheidewände
eingezeichnet, trotzdem diese für die Durchführung des Verfahrens nicht unbedingt
notwendig sind.
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In dein geheizten Raum A wird der zu vergasende Brennstoff in beliebiger
Korngröße mit bekannten Aufgabevorrichtungen, wie Bunker, Trichter, Schnecke, oder
auch vermittels eines Dampf-, Gas- oder Luftstromes eingetragen. Die Höhe des Raumes
A bis zum Rost B ist so bemessen, daß der eingebrachte Brennstoff in freiem Fall
entgasen und verkoken kann. Der verkokte, hocherhitzte Brennstoff wird dann durch
seine Schwerkraft oder durch mechanische oder pneumatische Mittel dem Rost B zugeführt,
wo er in an sich bekannter Weise mit Sauerstoff vergast wird. Zur Kühlung des Rostes
und zur Erzeugung von Wassergas wird Dampf eingeblasen. Gemeinsam mit dem im Entgasungs-
und Verkokungsraum r1 entstandenen Gas steigt das über dem Rost B gebildete Gas
durch den Raum C im Gegenstrom zu dem ersteren hoch und wird durch ini Raum A herrschende
Wärme nochmals erhitzt, um die Gaszusaininenset-r_ung im Sinne der Kohlenoxydbildung
zu beeinflussen und um kalte Zonen mit einer rückläufigen Kohlensäurebildung zu
vermeiden. Um die Aufenthaltsdauer der Gase im Vergasungs-und Reduktionsraum der
zur Kohlenoxvd-und Wasserstoffbildung notwendigen Zeit anzupassen, wird der Raum
C nach Bedarf in Ouerschnitt oder Höhe verändert, beispielsweise nach der schematischen
Zeichnung durch sinngemäßes öffnen und Schließen der Schieber i bis 3, wodurch ein
Raum bestimmter Größe zu- oder abgeschaltet werden kann. Gleichzeitig wird nach
Bedarf die im Raume A herrschende Temperatur geregelt, um eine bestmöglichste Berührungszeit
züi erzielen.
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Beim Austritt aus dem Gaserzeuger wird das Gas im Raum D durch reichlich
und schnelle Wärme aufnehmende Kühlmittel sehr schnell gekühlt, uin den Zustand
höherer Temperatur, d. i. der Zustand eines reichlichen Kohlenoxydgehaltes und eines
reichlichen Wasserstoffgehaltes, durch Abschreckwirkung festzuhalten.
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Die Erfindung ist jedoch durch dieses Ausführungsbeispiel keineswegs
erschöpft. Sie kann vielmehr z. B. auch in der Form verwirklicht werden, daß der
NTerkokungsraum als ein oder mehrere Schächte, gegebenenfalls unter Benutzung von
Trennwänden, unmittelbar neben dem Vergasungsraum als Heizraum angeordnet ist. Andererseits
sind auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen der Vergasungsraum
den ihm beheizenden Verkokungschacht ringförmig umgibt. Wesentlich ist lediglich,
daß Wärme dein Vergasungsraum zugeführt wird.