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Anlage zur Herstellung eines Gasgemisches aus Wassergas und Stickstoff
bzw. Wasserstoff und Kohlenoxyd Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines Gasgemisches aus Wassergas und Stickstoff bzw. Wasserstoff und
Kohlenoxyd und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus kohlenwasserstoffhaltigen
Gasen, Wasserdampf und Brennstoffstaub in hocherhitztem Zustand als einheitlicher
scharfer Strahl stetig in einen Reaktionsraum eingeführt und bei seinem Eintritt
in den Reaktionsraum mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft
zur Reaktion gebracht wird. Hierdurch wird die Herstellung eines Gasgemisches von
dauernd gleichbleibender Zusammensetzung ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung dieses
Verfahrens bei Zuführung von Sauerstoff in das zu konvertierende Gasgemisch, deren
wesentliche Merkmale darin bestehen, daß die im Synthesegaserzeuger frei werdenden
Wärmemengen weitgehendst zur Herstellung der zur Durchführung . des Verfahrens benötigten
Grundstoffe ausgenutzt werden.
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Die Anlage nach, der Erfindung ist so beschaffen, daß die Kraftmaschine
zur Erzeugung des für die Konvertierung benötigten Sauerstoffes durch hochgespannten
und überhitzten Wasserdampf angetrieben wird, der durch die fühlbare Wärme der konvertierten
Gase erzeugt wird, und daß der aus der Kraftmaschine austretende entspannte und
gesättigte Wasserdampf nach nochmaliger Überhitzung durch die fühlbare Wärme der
konvertierten Gase in das zu konvertierende Gasgemisch eingeleitet wird. Das Synthesegasgemisch
verläßt den Synthesegaserzeuger mit einer sehr hohen Temperatur von beispielsweise
iooo° C. Nach der Erfindung wird ein erheblicher Teil dieser Wärmemenge für das
Verfahren selbst ausgenutzt und dadurch zurückgewonnen, daß mittels der Wärme des
abziehenden Synthesegasgemisches nicht nur der in der Vergasungs- bzw. Konvertierungsanlage
erforderliche Wasserdampf, sondern auch der zur Durchführung des Verfahrens benötigte
Sauerstoff erzeugt wird. Durch die Wärme des Synthesegasgemisches wird in einem
anschließenden Dampfkessel ein hochgespannter Sattdampf erzeugt, der zunächst in
einem Überhitzer, wiederum durch die Wärme des Synthesegasgemisches, überhitzt wird.
Der überhitzte und hochgespannte Dampf dient zum Antrieb einer Gegendruck dampfmaschine,
die ihrerseits zur Erzeugung des im Synthesegaserzeuger benötigten Sauer-
Stoffes
dient. In der Gegendruckdampfmaschine verliert der Dampf einen Teil seines Wärmegehaltes
und. seiner Energie; so daß er als nicht oder wenig überhitzter N iederdruckdampf
die Dampfmaschine verläßt. Zur Verwendung in der Vergasiuzgs- bzw. Konvertierungsanlage
ist es erforderlich, diesen Dampf erneut zu überhitzen, was. wieder durch die fühlbare
Wärme des Synthesegasgemisches in einem Überhitzer erfolgt.
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Es ist bekannt, bei einer Gaserzeugungsanlage durch die Wärme der
erzeugten Gase in einem Abhitzekessel hochgespannten-Wasserdampf zu erzeugen, den
Wasserdampf zur Arbeitsleistung in einer Maschine auszunutzen, den aus der Maschine
austretenden niedriggespannten und gesättigten Dampf zu überhitzen und ihn in den
Gaserzeuger zurückzuführen. Demgegenüber handelt es sich beim Gegenstand der Erfindung
nicht einfach darum, Wasserdampf zu erzeugen und zu überhitzen, sondern es wird
in der Anlage ein vollkommener Gleichgewichtszustand geschaffen, und die einzelnen
Bestandteile der Anlage werden so aufeinander abgestimmt, daß die ausgenutzte Wärmemenge
der Abgase ausreicht, um den Sauerstoff zu erzeugen, der zur Durchführung des Konvertierungsverfahrens
erforderlich ist.
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Der zur Dampferzeugung dienende Dampfkessel wird zweckmäßig auf dem
Wege des Gasgemisches vom Synthesegaserzeuger zur Entstaubungsanlage unmittelbar
hinter dem Synthesegaserzeuger .angeordnet, so daß bei kürzestem Wege der Gase geringste
Wärmeverluste entstehen. Die überhitzerschlangen zur zweimaligen Überhitzung des
Wasserdampfes mittels der fühlbaren Wärme des Gasgemisches werden nach der Erfindung
in den Abzugsweg des Gasgemisches im Synthesegaserzeltger selbst eingebaut, so daß
das Gasgemisch unmittelbar mit seiner größten Wärme mit den Überhitzerschlangen
in Berührung kommt.
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In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach
der Erfindung beispielsweise dargestellt, wobei die die einzelnen Aggregate der
Anlage miteinander verbindenden Rohrleitungen durch einfache mit Pfeilen versehene.
Linien gekennzeichnet sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Vergasungs- bzw.
Konvertierungsanlage ein außenbeheizter, stetig betriebener Wassergaserzeuger, und
zwar ein Rundzellengenerator i, wiedergegeben, dessen Umsetzungszellen 2 von den
Heizräumen 3. her von außen beheizt werden. Der Wasserdampf gelangt durch die Leitung
4. und die Abzweigleitungen 5 in den Generator, während die Zuführung, beispielsweise
von Brennstoffstaub, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, auf irgendeine
zweckmäßige Weise erfolgt. Aus der Mitte des Rundzellengenerators führt eine Rohrleitung
6 in den benachbarten Nachvergasungsraum 7 bzw. Synthesegaserzeuger 9, in den das
Gemisch durch eine nach unten gerichtete Öffnung 8 eintritt. Der Nachvergasungsraum
7 verjüngt sich nach unten in einen Aschenfang io, der durch eine Öffnung ii entleert
werden kann. In seinem oberen Teil 12, der mit dem Raum 7 durch eine Anzahl ringförmig
angeordneter Öffnungen in Verbindung steht, sind zwei Gruppen von Überhitzerschlangen
13 und 14 angeordnet, in die die Leitungen 15 und 16 einmünden bzw. von denen die
Leitungen 17 und 4 abgehen.
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Von dem oberen Raum 12 des Synthesegaserzeugers 9 zweigt eine Rohrleitung
18 ab, die in den anschließenden Dampferzeuger i9 oben einmündet. .Der Dampferzeuger
besteht aus einem oberen Ausgleichbehälter 2o mit Wasserzulauf 21, einem unteren
Behälter 22, dein Abfallrohr 23 und den Steigerohrbündeln 24. Das Abfallrohr 23
ist in Abständen mit tellerartigen Platten 25 besetzt, auf denen sich Asche ansammelt,
während die sonst verbleibende Asche aus einem Aschensammelraum 26 abgezogen werden
kann. Der Ausgleichbehälter 2o ist durch die Leitung 15 mit den überhitzerschlangen
13 verbunden. Aus dem Dampferzeuger 19 zweigt unten eine Leitung 27 ab, die zu einer
Entstaubungsanlage 28 führt. Die Entstaubungsanlage 28 ist mit einem Exhaustor 29
verbunden.
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Die Leitung 17, die aus den Überhitzerschlangen 13 austritt, mündet
an ihrem anderen Ende in die Gegendruckdampfmaschine 3o, aus der wiederum die Leitung
16 zu den Überhitzerschlangen 14 führt. Die Dampfmaschine 30 gehört zu der
Sauerstofferzeugungsanlage 31, von der eine Leitung 32 zentral in den Nachvergasungsraum
7 mittels des Rohres 33 einmündet.
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Der Betrieb der Anlage gestaltet sich nun folgendermaßen Die Vergasungs-
bzw. Konvertierungsanlage i wird mit einem Gemisch von beispielsweise Kohlenstaub
und Wasserdampf beschickt, und zwar mit solchen Mengen im Verhältnis zur Größe der
Anlage und zur Beheizung, daß sowohl ein Kohlenstaub- als auch ein Wasserdampfüberschuß
vorhanden ist. Bei der Reaktion entstehen Wasserstoff, Kohlenoxyd, Kohlensäure,
Methan, Kohlenstaub und Asche. Das Gemisch aus diesen Stoffen zusammen mit dem Überschuß
an Kohlenstaub und Wasserdampf gelangt nun durch die Leitung 6 und die Öffnung 8
in den Nachvergasungsraum 7 des Synthesegaserzeugers 9, in den gleichzeitig durch
das Rohr 33 Sauerstoff eingeführt wird. Durch die Verbrennung
des
Sauerstoffes mit dem Wassergas bzw. mit dem Kohlenstoff des Kohlenstaubes entstehen
sehr hohe Temperaturen von beispielsweise 1500', so daß eine sehr intensive
Wassergasreaktion einsetzt. Der zunächst nach unten gerichtete Gasstrom wird im
unteren Teil des Nachvergasungsraumes 7 allseitig nach oben umgelenkt, so daß der
innere Gasgemischstrahl von dem in gegenläufiger Richtung sich bewegenden äußeren
Strahl vollkommen eingeschlossen ' ist. Die höchsten Temperaturen entstehen unmittelbar
an der Eintrittsöffnung in dem nach unten gerichteten Gasstrom. Durch die jedoch
sofort einsetzende wärmeverbrauchende Wassergasreaktion nimmt die Gastemperatur
rasch ab, so daß in dem. aufwärts gerichteten Teil des Gasstromes wesentlich niedrigere
Temperaturen vorhanden sind- Hierdurch wird erreicht, daß die an der Stelle der
höchsten Temperatur vorhandenen, voraussichtlich flüssigen Aschenteilchen mit keinem
Teil der Wandungen in Berührung kommen, während in dem aufsteigenden Teil des Gasstromes,
der mit den Wänden des Nachvergasungsraumes in Berührung kommt, die Aschenteilchen
wieder fest und staubförmig geworden sind. Hierdurch wird ein Ansintern des Staubes
an den Wänden des Nachvergasungsraumes verhindert. Bei den hohen im Innern des Nachvergasungsraumes
herrschenden Temperaturen geht eine Umwandlung der Gasgemischbestandteile vor sich,
als deren Ergebnis ein im wesentlichen nur aus Wasserstoff, Kohlenoxyd und Asche
bestehendes Gasgemisch den Nachvergasungsraum durch die um die Offnunng 8 herum
angeordneten Abzugsöffnungen und durch den Raun 12 und den anschließenden Kanal
18 verläßt, um in den Wasserdampferzeuger r9 - einzutreten. Hier wird in üblicher
Weise das bei 13 eintretende Wasser in Wasserdampf verwandelt. Der Dampferzeuger
ist dabei so eingerichtet, daß sich ein Teil der im Gase enthaltenen Asche auf den
tellerartigen Platten 25 ansammelt, so daß nach kurzer Zeit das Abfallrohr 23 mit
einer Aschenschicht umgeben ist. Durch die auf den Tellern 25 befindlichen kegelförmigen
Aschenkörper wird das den Dampferzeuger von oben nach unten durchstreichende Gas
nach den Seitenwandungen hin, also zu den Steigerohren 24, gelenkt, so daß eine
wirksame Wärmeabgabe vom Gas an den Steigerohrinhalt erfolgt. Hierdurch und durch
den Umstand, daß die Aschenschicht das Abfallrohr 23 in gewissem Grade mit einer
wärmeisolierenden Schicht umgibt, wird eine sehr günstige Wasser- und Dampfzirkulation
innerhalb des Röhrensystems des Dampferzeugers erzielt. Nach Verlassen des Dampferzeugers
wird das Gasgemisch zur Staubabscheidung durch die Entstaubungsanl lge 28 und von
dort durch den Exhaustor 29 zur Speicher- oder Verwendungsstelle geführt.
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Der im Dampferzeuger r9 erzeugte Wasserdampf gelangt als Sattdampf
von 28 atü durch die Leitung 15 in die Überhitzerschlangen 13, die in dem
oberen Raum 12 des Vergasers 9 angeordnet sind. Die Schlangen 13 sind nach Zahl
und Größe so bemessen, daß der hindurchstreichende Sattdampf durch die außen vorbeiziehenden
heißen Gase, die aus dem Raum 7 mit einer Temperatur von etwa 1000' C austreten,
in überhitzten Dampf von 28 atü und 4oo° C umgewandelt wird. Der hochgespannte,
überhitzte Dampf dient zum Antrieb der Gegendruckdampfmaschine 30, die er mit einer
Spannung von 3 atü und einer Temperatur von etwa 23o° C verläßt, um in die LTberhitzerschlangen
14, die gleichfalls in dem oberen Raum 12 des Synthesegaserzeugers 9 untergebracht
sind, zu gelangen. Aus diesen Schlangen tritt der Dampf mit 3 atü und einer Überhitzung
von 6oo° C aus und zur Umsetzung in die Vergasungsanlage r ein.
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Der mittels der Gegendruckdampfmaschine erzeugte Sauerstoff wird durch
die Leitung 32 und das Rohr 33 in den Nachvergasungsraum 7 eingeführt.
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Für das Wesen der Erfindung ist es gleichgültig; welcher Art der in
die Vergasungsanlage eingeführte Brennstoff ist. An Stelle von Kohlenstaub lassen
sich ebensogut Koksstaub oder auch Koksofengas oder Teer oder ähnliche kohlenstoffhaltige
.Brennstoffe verwenden. Soll in dem Endgasgemisch auch Stickstoff zu irgendeinem
Zweck enthalten sein, so wird neben dem Sauerstoff auch Luft in den Synthesegaserzeuger
9 eingeführt.