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Verfahren zur Herstellung von-Starkgas in Kohlenwassergaserzeugern
- -' - - mit Tieftemperaturentgasung - -Bei der Durchführung der restlosen' Kohlerivergasung
in Kohlenwässergaserzeugern traten bekanntlich mannigfaltige Schwierigkeiten auf,
da im besonderen ein glatter Durchgang der Kohle durch den Entgasürigsschacht -
oder ein ungestörter Generätorgan'g bei der Wässergäsherstellung häufig nicht zu
erzielen war: Auch konnte ein Normalgas (Stadtgas von ¢äoo kcal oberen Heizwert)
in keinem der bisherigen Kohlenwassergaserzeuger- im Dauerbetrieb anstandslos hergestellt
werden.
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Es ist bekannt; daB'Kohlensorten, die stark blähen oder backen;
in der Vertikalretorte hängenbleiben- und daß bei ungenügender Beheizung"der Retorte
sich im oberen Teil wäh-. rend der _Ver'koküng eine in Form und Lage üniegelrizäßige
'pläätische Zone bildet, welche den Durchgang der Gase sehr erschwert und zuweilen.
unmöglich inächt, also -den -regel= rechten Betrieb vollständig stört. Ein harter,
wenig reäktidnsfähiger Hochtemperaturköks bildet oft -die Ursache- für einen.
schlechten Generatorgang. Die bezeichneten Schwierigkeiten treten hauptsächlich
bei Kohlenwassergaserzeugern mit größerem. Schachtdurchinesser auf. - .
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-. Die vorliegende Ei=findung geht von der Erkenntnis- aus, daß .zur
-Erzielung eines Gases von -hohem Heizwert die -Entgast_ing der =Kohle im -köhlenwasserga."sgeiieratör
bei tieferen Temperaturen durchgeführt werden muß. Der Schwelvorgang ist so zu-
leiteü, däß nur Schwelgas (7ooo bis 8ooo kcal), Schwelteer und Schwelkoks (Halbkoks)
erzeugt wird: Dieses Schwelgas muß aber in seinem hohen Heizwert erhalten bleiben,
und es ist -grundfalsch, es ganz öder teilweise wiederzuerhitzen und zu zerschlagen.
Für.. die Selbstanreicherung des Nutzgases soll man daher schon vorhandene. kleine
Gasvolumina mit hoher Wärmekonzentration nicht in große Gasvolumina. von geringerer
Wärmekonten-. tration überführen, denn das Anwachsen der Ausbeute än Gasvolumen-
geht immer auf Kosten des Heizwertes: -Bisher war es zur Erzielung eines möglichst
günstigen. Betriebes- in Kohlenwassergasanlagen nötig, -eine lufttrockene;. stäubfreie,
nicht backende, nicht blähende und während--der Entgasung nicht zerfallende Kohle
in- Faust- öder Nußgröße zu verarbeiten: Die geannte Korngröße war -deshalb erwünscht,
weil die Kohle im Generator- in abwechselnden Heiz- und Gasperioden verarbeitet
werden muß, so. daß staubartige oder feinkörnige 'Bestandteile infolge der hohen
Gasgeschwindigkeiten während der- Blaseperioden - herausgeschleudert werden.: Durch
Zusatz von Koks und Braunkohle (am besten-Briketten) haben sich auch backende Steinkohlen
im Generator vergasen lassen; aber das Verfahren hat--in
seiner
bisher versuchten Ausführung auch Nachteile, so daß der Erfolg nicht durchschlagend
war.
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Versuche haben nun ergeben, daß bei Tieftemperaturentgasung unter
Einhaltung einer Schweltemperatur von etwa 25o° C (oben) und etwa 65o° C (unten)
in der Retorte und unter Vortrocknung (bis etwa 2o0° C) der Kohlenbeschickung durch
die abziehenden Nutzgase i. bei minderwertigen backenden Gaskohlen (Förder- und
Feinkohle), die keinen besonders guten Koks in der Vertikalofenretorte ergaben,
ein lockerer, stückiger, für die Wassergasbildung besonders geeigneter Halbkoks
(Schwelkoks) unter Bildung von hochheizwertigem Schwelteer bzw. Schweldämpfen abfällt;
2. die Wärmelieferung durch das durchziehende heiße Wassergas zur Erreichung dieser
Schweltemperatur in der Retorte vollständig ausreicht (eine besondere Außenbeheizung,
wie -bei der Hochtemperaturentgasung notwendig, kommt also hier in Wegfall; nur
bei größeren Generatoren mit über 50 ooo cbm Tagesleistung ist noch eine Zusatzaußenbeheizung
der Retorte durch Verbrennung eines Teils der abziehenden Blasegase notwendig) ;
3. durch periodisch vor der Kohlenbeschickung auf das Brennstoffbett der Schwelretorte
eingeschobene, mit Schwelteer bzw. Teerölen vollständig durchtränkte Koksfilterschichten
(aus gesiebtem Perlkoks bzw. Grudekoks) in Dicke von 15 bis 2o cm (5 bis io °/o
Kokszusatz je nach der Kohlenqualität) nicht allein eine Lockerung der Kohlenbeschickung,
sondern auch bei ständiger Abwärtsbewegung in der Schwelretorte eine Autocarburierung
des Mischgases durch den Eigenschwelteer in der Krackzone (8oo° C), Zwischenschicht
zwischen Entgaser und Vergaser um 40o bis 5öo kcal je nach der Teerqualität, also
auf etwa 370o bis
3800 kcal im Mischgas erfolgte; 4. die weitere Anreicherung
um 400 bis 5oo kcal zur Erzielung eines Stadtnormalgases von q.zoo kcal durch direkte
Einspritzung von Zusatzteer (Eigenteer oder
| Braunkohlenschwelteer) in die Krackzone in |
| einfachster Weise glatt vor siclLrIl. |
| In der Zeichnung ist ein Köhlenwassergas- |
generator größerer Bauart (3,o bis 3,6m Schachtdurchmesser) dargestellt, in welchem
die Ausführung des neuen Verfahrens ermöglicht wird. Fig. i stellt einen senkrechten
Schnitt 'durch den Generator dar. Fig.2 und 3 sind Horizontalschnitte bei A bis
E und C bis D.
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Die Einrichtung ist im übrigen aus der im Kohlenwassergasbetrieb gewonnenen
Erkenntnis getroffen, daß eine wesentliche Steigerung der Leistung der Kohlenwassergasanlagen
unter Aufrechterhaltung eines regelrechten Betriebes zu erreichen ist, wenn folgende
Vorbedingungen erfüllt -werden: i. Automatisierung der Brennstoffnachfüllung bei
gleichbleibender Höhe des Brennstoffbettes, Automatisierung der Asche- und Schlackenaustragung
durch geeignete Drehrostkonstruktionen mit Innenräume' für die Luft- und Dampfdurchgangsschlitze,
3. Automatisierung der ständigen Schürung des Brennstoffbettes in Schwelretorte
und Wassergasgenerator durch geeignete, kreisförmig sich bewegende Pendelstochapparate
in der drehbaren Generatordecke behufs Gewährleistung eines stetigen, ungestörten
Durchganges der erzeugten Gase und eines stetigen Abwärtswanderns der einzelnen
Kohlen- und Koksstücke in den vollständig voneinander getrennten Entgasungs- und
Vergasungszonen, wodurch schließlich auch größere Umspülungsflächen für die einzelnen
Koksstücke -während der Gase- und Blaseperiode bei Mehrausbeute an Mischgas geschaffen
werden, 4. Automatisierung sämtlicher Steuerungsorgane und schließlich 5. durch
die Unterteilung eines einzigen Großvolumenbrennstoffbettes in mehrere Kleinvoluinenbrennstoffbette
zur schnelleren Entgasung und Vergasung und zur Vermeidung des sogenannten toten
Kerns.
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Der Kohlenwassergasgenerator besteht aus 2 Teilen, dem Oberteil a
xriseiner nicht aus Chamotte, sondern zweckentsprechend aus hochfeuerbeständigem,
nicht rostendem Spezialgußstahl, z. B. Kruppschem Nichromgußstahl, mit i z bis 15
mm starken Wänden, Schmelztemperatur bei etwa i,3oo° C, hergestellten Schwelretorte
b, .welche nach unten hin kreuzweise unterteilt ist, so daß hosenartig vier kleinere
Einzelretorten entstehen. Der Unterteil stellt den eigenflichen Wassergasgenerator
dar; zwischen Ober- und Unterteil liegt die Krackzone.
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Da in den einzelnen Schwelretorten, in welchen oben eine Temperatur
von etwa 250° C, unten etwa 65o° C herrscht, nur die Bildung von hochheizwertigem
Schwelgas (7ooo bis 8ooo kcal), Schwelteer (gooo bis io ooo kcal) und eines für
die Wassergasreaktion besonders geeigneten porösen, aber stückigen Schwelkokses
(Halbkoks) erfolgt, ist die Zersetzung bzw. Zerstörung dieses Schwelgases von hohem
Heizwert und die Bildung des schädlichen Naphthalins im Rohgas ausgeschlossen.
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Der Gasabzug f für die Blasegase liegt über dem Wärmespeicher e; etwa
in gleicher Höhe ist entgegengesetzt der Gasabzug -für das Nutzgas angeordnet. Im
rechteckigen Gasabzugsrohr g ist ein mechanisch sich be-
Wegender
-zweiteiliger Koksfilter (mit gesiebtem Perlkoks oder Grüdekoks, etwa bis io
% der Kohlenbeschickung) zur Aufsaugung des Schwelteers und anderer Zersetzungsprodukte
vorgesehen. In regelmäßigen Zeitabschnitten (etwa alle i bis i1/2 Std.) wird der
eine Teil des mit Schwelteer durchtränkten Koksfilters ausgeschaltet (unter gleichzeitiger
Einschaltung "des anderen Teils des Koksfilters für den Gasdurchgang) und der ganze
Inhalt an Koks mit den aufgesaugten Stoffen kurz vor jeder Kohlenbeschickung auf
das Brennstoffbett der- Schwelretorten abgeworfen, um dann nach Planierung in Horizontalschichten,
von etwa 15 bis 2o cm Dicke mit den allmählich abwärts sinkenden Brennstoffen durch
die Schwelretorten in die Krackzone zu gelangen: Durch die periodisch eingelegten
horizontalen Koksschichten wird einmal eine Lockerung des Brennstoffbettes in, der
Retorte, zum anderenmal eine Filtrierung der durchziehenden Gase und schließlich
durch die Teervergasung in der Krackzone eine Autocarburation des Mischgases auf
370o bis 380o kcal erreicht.
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Der obere Abschluß von Generator und Schwelretorte erfolgt durch eine
drehbare Decke h mit Tauchverschluß i, in welchem sich aber keine leicht
verdampfende Flüssigkeit, sondern zweckmäßigerweise fein gemahlener, staubförmiger
Gießereiformsand zur Abdichtung befindet. Zentral über der Generatordecke ist die
mechanische Kohlenbeschickungsvorrichtung k (mit Doppelverschluß), und auf dem drehbaren
Generatardeckel selbst sitzt ein mechanischer Pendelstochapparat i bekannter Konstruktion,
mit Preßluft arbeitend. Die aus hochfeuerfestem Stahl bestehende wassergekühlte
Stochstange ist teleskopartig verlängerbar, so daß sie durch die Schwelretorte hindurch
bis in die Wassergaszone über dem Drehrost reicht.
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Unter der Kohlenbeschickung ist noch ein Brennstoffverteiler m (Planierer)
eingebaut, der mittels Welle n und Kreuzstück o an der drehbaren Decke befestigt
ist.
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Am Umfange der Schachtwand d sind.etwa in Höhe der Unterkante der
Schwelretorte eine Anzahl von Winddüsen p vorgesehen, aus welchen während der Blaseperiode
hocherhitzte Sekundärluft auf den glühenden Koks in der Krackzone zur Erhaltung
einer beständigen Kracktemperatur von mindestens 80o° C bläst, wobei die Verbrennung
eines Teiles der Blasegase zum Aufheizen des Wärmespeichers e bei Großgeneratoren
dient.
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'Der Sekundäroberwind steht unter etwas höherer Spannung als der Primärunterwind
bzw. die aufsteigenden Blasegase kurz vor der Krachzone, so daß die während der
Blaseperiodd - . mitgerissenen -Köhlenstoff= ' bzw. Aschepartikelchen in der Krackzone
größtenteils verbrannt bzw. auf die glühende Koksböschung im Ring= und Kreuzkanal
der Krackzone niedergeschlagen werden. Hierbei beträgt die Dauer der Blaseperiode
2 Minuten, die der Gaseperiode io Minuten.
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Zur endgültigen Anreicherung des Mischgases von 380o kcal (am Ausgang
der Schwelretorten) auf 420o kcal (und darüber) wird durch die in die Krackzone
mündenden Zerstäubungsdüsen r mit überhitztem Dampf innigst gemischter Steinkohlenschwelteer
allein (oder in Mischung mit Braunkohlenschwelteer) während der Gaseperiode eingeblasen.
Die in der Krackzone unter gleichzeitigem Verlauf der Wassergasreaktion entstehenden
permanenten Gase, die durch ihren höheren Gehalt an Methan und an schwereren Kohlenwasserstoffen
zur Anreicherung des Rohgases beitragen, strömen in Mischung mit dem im Unterschacht
erzeugten Kokswassergas durch den glühenden Schwelkoks der Retorte aufwärts. Hierbei
wird der sich in der Krackzone abscheidende Kohlenstoff teils beim Blasen verbrannt,
teils beim Gasen mit Wasserdampf vergast, also nutzbar gemacht.
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Auf die vorbeschriebene Weise ist es ermöglicht, ein Normalstadtgas
von 420o kcal ohne Zweiteilung des Gaserzeugungsprozesses in einem Arbeitsgang und
in einer Apparatur herzustellen.
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Es hat sich durch Versuche ergeben, daß bei Tieftemperaturentgasung
aus verschiedenen Steinkohlensorten von mehr oder weniger backender Eigenschaft
allein oder in Beimischung von bis 50% Braunkohlenbriketten eine Gasausbeute von
140o bis i6oo cbm je Tonne Kohle (o°, 76o mm), bei einem Heizwert von 350o bis 380o
kcal (o°, 76o mm) durch Autocarburierung mittels Urteer (durch weitere Teercarburierung
in der Krackzone 420o kcal) mit einem Vergasungswirkungsgrad von 71 bis 74 °/o zu
erreichen ist. Das spezifische Gewicht betrug zwischen 0,54 bis o,56 bei Luft -
i. Hierbei war die durchschnittliche Zusammensetzung des Kohlenwassergases: CO2
- 4,5 % Cn Hra
- 2,0 % 02 - 0,i °/o C O = 30,4 % C H4
9,6 °1o H2 =
50,4 % N2 = 3,0 °/o Sa. ioo °/a. Nach Berechnungen des Erfinders betragen bei einem
Kohlenpreis von 25 A£ und einem Braunkohlenbrikettpreis von 12 A£ (frei Gaswerke
Mitteldeutschland) und den heutigen
Arbeitslöhnen die Selbstkosten
je Kubikmeter Kohlenwassergas von 368ö kcal (öhne Amor-
| tisation und Verzinsung) etwa x,8 bis 2,o Ad, |
| also rooo WE durchschnittliclg5o Ad, und je |
| i cbm Normalgas von q.2oö kcal etwa 2,4 bis |
| 2,6 Ad, also zooo WE durchschnittlich |
| i,58 , |