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Verfahren zur Erzeugung von Wassergas in Verbindung mit der Erzeugung
von Stadtgas in außen beheizten Vertikalkammeröfen Die Erzeugung von Stadtgas: aus
festen, bituminösen, insbesondere minderwertigen Brennstoffen, wie Braunkohle, Lignit,
Torf, in von außen beheizten Vertikalkarnmeröfen, in denen die erzeugten Entgasungsprodukte
im Gleichstrom mit dem Brennstoff wandern, während vom Unterteil der Kammer her
Wasserdampf aufsteigt; ist bekannt und im großtechnischen Maßstab erprobt. Der Vorgang
der Stadtgaserzeugung in der sog. Kasseler Kammer ist ein doppelter. Während im
Oberteil des Ofens die E.ntgasungspradukte durch Beheizung des Brennstoffes. bei
hoher Temperatur zerlegt werden und .ein permanentes Gas von sehr hohem Heizwert
entsteht, wird im Unterteil des Ofens durch die Wasserdampfeinführung ein Wassergas
gebildet, das mit dem hochwertigen Gas aus dem Kammeroberteil vermischt wird und
in Reaktion tritt. Beide Gase werden gemeinsam abgezogen. Um die Ausbeute an Stadtgas
zu vergrößern, ist selbstverständlich erste Voraussetzung, da.ß die Zerlegung des
im Oberteil der Kammer entstehenden Entgasungsgases ein Optimum erreicht hat, d.
h. daß möglichst der gesamte Teer in permaarentes Gas umgewandelt wird, ohne daß
darüber hinausgehende Zerlegungen in Kohlenstoff, Kohlenoxyd, Kohlensäure oder Wasserstoff
eintreten. Für einen bestimmten Ofen und einen bestimmten Brennstoff hat der Betriebsmann,
um dieses Optimum zu erreichen, neben der Temperatur lediglich den Durchsatz zu
regeln; eine verhältnismäßig einfache. Aufgabe.
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Um die Ausbeuten bei gegebener optimaler Zerlegung im Kammeroberteil
zu erhöhen, muß größter Wert auf die Erzeugung eines hochwertigen Wassergases im
Kammerunterteil gelegt werden, weil dann die Möglichkeiten um .so größer sind, das
im Oberteil der Kammer entstandene Gas mit zusätzlichem Wassergas zu verschneiden
und den in den Kammerunterteil eintretenden Koks zur Vergasung heranzuziehen. Werra
beabsichtigt ist, ein Gas von 4ooo bis 43ookcal/nni3 zu, erzeugen, so wird die Ausbeute
naturgemäß um so größer sein, wenn das im Kammerunterteil entstandene Wassergas
einen Heizwert von 3300 oder 35ookcal/nm3, berechnet auf einen Gehalt von 60,lo
CO. und 4°'o \2, hat an Stelle eines normalen Heizwertes von 2400 bis 28oo
kcal/nm3.
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Diese Erkenntnis hat dazu geführt, das Bestreben auf die Erzeugung
eines hochwertigen Wassergases im Kammerunterteil zu richten.
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Die übliche Wassergaserzeugung geht bei Temperaturen von etwa 8*oo
bis rooo° im Brennstoffbett vor sich. Dabei entsteht ein
Wassergas
von hohem Gehalt an Kohlenoxyd und :Wasserstoff, während der Anteil an Methan sehr
gering ist. Der Heizwert` eines derartigen Gases liegt bei etwa 2q.oö bis 28oo kml/nm3.
" Für die Gewinnung eines Wassergases vtin hohem Heizwert ist es erforderlich, me]#r
Methan entstehen zu lassen. Dazu muß man die Wassergasreaktion bei niedrigeren Temperaturen
ablaufen lassen. Versuche, in einem normalen Wassergaserzeuger mit intermittierendem
Betrieb bei tiefen - Temperaturen zu arbeiten, scheitern an der Notwendigkeit des
häufigen Umschaltens und der dadurch bedingten geringen Leistung. Auch lassen die
dauernd wechselnden Betriebsbedingungen eine Gleichmäßigkeit im Reaktionsverlauf
nicht eintreten. Das Wassergas ist infolge der häufigen Wechsel im Blasen und Gasen
stark durch Blasegasrückstände in der Schüttung verunreinigt, und ihr Herausspülen
zur Vermeidung dieses Übelstandes bedeutet erhebliche Verluste, so daß die Wassergasausbeute
unbefriedigend ist.
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Die Vergasung mit einem Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch hat den Nachteil,
daß bei Verwendung von reinem Sauerstoff die Kosten für das erzeugte Gas sehr hoch
liegen und bei Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft eine unerwünschte
Verdünnung des Gases durch Stickstoff eintritt.
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Man kann dagegen bei gewöhnlichem Druck ein methanreiches Wassergas
von hohem Heizwert besonders wirtschaftlich erzeugen, wenn man Wasserdampf in einer
Menge auf hochreaktionsfähigen Koks einwirken läßt, die größer ist, als sie sonst
bei Wassergasanlagen üblich ist, und dabei die Temperatur durch Außenbeheizung und
geeignete Wahl der Dampfüberhitzung im Brennstoffbett auf 5oo bis Soo° einstellt.
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Durch nachträgliche teilweise Auswaschung der Kohlensäure gelingt
es dann, dem aus zerlegtem Entgasungsgas des Kammeroberteiles und methanhaltigem
Wassergas des Kammerunterteiles gebildeten Produktionsgas normgerechte Besdhaffenheit
zu verleihen. Bei einer Auswaschung des Gases auf 60;ö C02 beträgt der Heizwert
des im Unterteil der Kammer erzeugten Wassergases, für sich betrachtet, 33oo bis
35ookcal/n@m3.
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Die Wassergaserzeugung in außen beheizten Reaktionsgefäßen hat dabei
den Vorteil, jede unerwünschte Verunreinigung des ;entstehenden Gases durch Stickstoff
zu vermeiden.
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Ferner hat es sich überraschenderweis;e, herausgestellt, daß hochreaktionsfähiger
Koks aus Braunkohle oderähnlichen einen solchen Koks bildenden; Brennstoffen schon
bei Temperaturen zwischen 5oo und 8oo° bei gewöhnlichem Druck eine rasche Einstellung
des Wassergasgleichgewichtes bewirkt. Entfernt man die Kohlensäure durch Auswaschung
öder katalytische Umwandlung, so entsteht ein praktisch stickstofffreies Gas von
niedrigem Kohlenoxyd-, aber hohem Methangehalt; ' das .sich wegen seines hohen Heizwertes
und seiner geringen Giftigkeit ganz besonders für die Zumischung zu Stadtgas eignet.
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Die vorliegende Erfindung gibt also die Mittel an, im praktischen
Betriebe des Kasseler Ofens die Erzeugung eines methanreichen Wassergases im Kammerunterteil
zu bewirken und dadurch unter Annahme optimaler Zerlegung im Kammeroberteil eine
hohe Ausbeute von Stadtgas von 4ooo bis q.3oo kcal/nm3 zu erreichen. Diese Mittel
bestehen in der Durchführung des Wassergasprozesses im außen beheizten Kammerunterteil
bei niedrigen Temperaturen, d. h. bei Temperaturen zwischen 5oo und 8oo°.
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Die Wassergasherstellung im Kammerunterteil wird dabei bewußt auf
die Erzeugung eines kohlensäurereichen Gases abgestellt, eine Maßnahme, die bisher
als unwirtschaftlich und fehlerhaft bezeichnet worden ist. Erst durch die Erkenntnis,
daß bei dieser Erzeugung eines kohlensäurereichen Wassergases ein hoher Prozentsatz
an Methan entsteht und daß sich ein, solches Gas durch die Verwendung hochreaktionsfähigen
Kokses in. der kurzen, zur Verfügung stehenden Reaktionszeit in genügender Menge
bildet, ergab sich die Möglichkeit, diesen Prozeß mit dem der Stadtgaserzeugung
zu einem einheitlichen, kontinuierlichen, in ein und derselben Kammer verlaufenden
Verfahren zu vereinigen. Hierzu kor=t die Tatsache, daß es gelungen ist, die Kohlensäureauswaschung
so wirtschaftlich zu gestalten, daß sie nur einen Bruchteil eines Pfennigs in den
Gasselbstkosten ausmacht. Andererseits wird durch jedes Prozent ausgewaschener Kohlensäure
der Heizwert des Endgases um 4.o kcal/nm3 verbessert. Das Arbeiten auf ein kohlensäure-
und gleichzeitig methanreiches Wassergas im Kammerunterteil erweist sich somit überraschenderweise
als eine Maßnahme hoher Wirtschaftlichkeit.
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Will man die Vergasungsleistung, also die Umsetzungsgeschwindigkeit
erhöhen, so kann man die Brennstoffschüttung an der Eintrittsstelle für den Wasserdampf
auch auf Temperaturen über 8oo° erhitzen. Das erfindungsgemäß zu gewinnende methanhaltige
Wassergas kann ,aber nur dann erzielt werden, wenn der stärker beheizte Abschnitt
auf etwa 20% der Gesamtlänge der Wassergaszone beschränkt ist, weil nur dann, wie
gefunden worden ist, mit Sicherheit eine so lange Berührungszeit des entstandenen
Gases mit dem
reagierenden Koks sichergestellt ist, daß sich das
Gleichgewicht bei der niedrigeren; Temperatur einstellt.
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Die Entstehung des Wassergases kann in zwei Teilvorgänge zerlegt werden:
eine heterogene Reaktion, zwischen Kohlenstoff und Wasserdampf und eine homogene
Reaktion der Gleichgewichtseinstellung. Dieser Unterteilung entspricht die Aufteilung
der Wassergaszone in eine kurze, stark beheizte für die heterogene Reaktion und
in eine lange, schwächer beheizte für die homiogene Reaktion. Durch die erfindungsgemäße
Wähl der Grö; ßenverhältnisse beider Zonen ist ein befriedigender Ablauf der erstrebten
Reaktionen sichergestellt. Beispiel Aus Braunkohlenbriketts nachdem Gleichstromentgasum@gsverfahren
hergestellter Koks wurde in einer Menge von i4okg/h unmittelbar nach seiner Entstehung
einer Reaktionskammer zugeführt, die von außen beheizt war und in der der Koks eine
Temperatur von 748'C besaß. Von dem auf q.30° überhitzten Wasserdampf, der der Kammer
in einer Menge von 325 kg/t Koks zugeführt wurde, sind 409/0 zersetzt worden. Es
entstand ein Gas folgender Zusammensetzung
| CO2 .............. 19,2,/. |
| Cn Hm ............ o,o 0/0 |
| C O ............... 23,7 0/0 |
| H.................. 5o,10/0 |
| C H4 .............. 5,7)/,) |
| N2 ............... I,3 % |
| Gasausbeute ...... . 26o umg/t Koks |
| oberer Heizwert.... 281o kcal/nm' |
| Dichte (Luft - 1) . . o,5go. |
Dieses Gas wurde mit 2o%iger Pottaschelauge gewaschen und ergab ein Reingas fol.
9ender Zusammensetzung:
| c02 .............. 6,o0/" |
| CnHm ............ o,o0/0 |
| C 0 ............... 27,60/0 |
| H2................ 58,3% |
| C H4 .............. 6,60/0 |
| N2 ............... I,5 0/0 |
| oberer Heizwert.... 326o |
| Dichte (Luft= i). . o,447. |