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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wassergas und S ynthesegas
oder zur Spaltung von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen Bei der Erzeugung von Wassergas,
Synthesegas und ähnlichen Gasen nach dem Umwälzverfallren aus irgendwelchen Brennstoffen,
sei es Braunkohle irgendwelcher Art oder Torf oder Steinkohle, arbeitet man bekanntlich
folgendermaßen (Fig. i der Zeichnun-g): In Wärmespeichern, von denen mindestens
zwei vorhanden sein müssen, al und a2, wird das bei z, und z, eintretende
Umwälzgas vorgewärmt und tritt bei x, und x2 in die Vergasungsapparatur
b ein. Durch den Vergasungsvorgang und andere Vorgänge abgekühlt, kehrt dann
das Umwälzgas durch die Leitung 1 und ein Gebläse k zurück und wird
wiederum in den Wärinespeichern von neuem aufgeheizt. Die Wärmespeicher al und a2
werden in bekannter Weise abwechselnd vom Umwälzgas durchflossen und aufgeheizt.
Bei der Beheizung werden gewöhnlich Brennluft und Brenngas vorgewärmt. Oft verzichtet
man auf die Vorwärmung des Brenngases, vor allem dann, wenn das Brenngas einen hohen
Heizwert besitzt; aber auf jeden Fall wird auch bei hochwertigen Brenngasen die
Luft vorgewärmt (c in Fig. i). Die Heizung des Luftvorwäriners bzw. des Luft- und
Gasvorwärmers kann geschehen durch irgendwelchen Brennstoff, meistens wird jedoch
hierfür Gas-benutzt, insbesondere dann, wenn höhere Temperaturen erreicht werden
müssen.
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Der Betriteb,des Luftvorwäriners bzw. des Luft- und Gasvorwärmers
ist nun dann nicht ganz einfach, wenn es sich darum handelt, die Vorwärinung bis
auf verhältnismäßig hohe Temperaturen vorzunehmen. In diesem Falle müssen die hocherhitzten
Gase durch ausgemauerte Rohrleitungen fortgeleitet werden, die Absperrorgane müssen
besonders ausgebildet werden usw.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgenläß
ein anderer Weg aeschritten, der noch eine Anzahl weiterer Vorteile besitzt.
Das neue Verfahren besteht darin, daß jedem Wärnw*--.# speiche er ein Hilfswärmespeicher
zugeordliet, ist, durch den ein Teil der Umwälzgase wäl e5 III rend des Gasens
hindurchströmt und dabei' bei gleichzeitiger Spaltung vorhandener Kohlenivasserstoffe
seine Wärme abgibt, und daß dieserHilfsw'ärinespeicher während derHeiz-13-,riod-c,dazu
dient, die Heizluft vorz.uwärtnen.
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Dieses Verfahren und die dazu erforderliche Apparatur ist in Fig.
2 vereinfacht dargestellt. Die- Wärmespeicher al und a,2 sind zu diesem Zweck verbunden
mit je einem Hilfswärmespeicher ei und c.. Diese Hilfswärmesp,eicher sind
an den fieißesten Stellen mit dien Hauptwärmespeichern verhunden, so daß die hocherhitzten
Umwälzgase aus den Wärittespeichern a, und a. durch die Verbindungsleitungen
in, und in. in die Hilfswärmespeicherübertretenkönnen. DieindieHilfswärmespe,icher.
gelangenden Urnwälzgase durchflie-Vien zunächst einen größeren freien Raum und dann
einen Besatzgl bzw. g." der der Wärmespeicherung dient. Die Arbeitsweise der neuen
Anordnung ist nun folgende: Wenn z. B. der Wärmespeicher a, gast, tritt das Untwälzgas
beschleunigt durch das Gebläse k bei z, in Wärmespeicher a,
ein, wird im Besatz des Wärmespeichers a, vorgewärmt und tritt nun zum größten Teil
durch die Leitung _i-, in die Vergasungsapparatur b ein. Ein Teil der hoch,erhitzten
Umwälzgas2 wird jedoch abgezweigt und -langt,durch die Leitun 1- in,
in den oberen Teil des Hilfswärinespeichers e, Er durchfließt zunächst den
grölieren freien Raum f, und gelangt dann in den Besatz g, Der Besatz
-, wird auf"-eh,-izt, und hierbei kühlen sich die Umwälzgase bis auf eine
bestimmte Endtemperatur, die beispielsweise zwischen 2oo und 6oo' C liegen
kann, ab, um dann bei y, auszutreten und nach Trocknuii- als fertiges Gas Verwendung
zu b
finden.
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Gleichzeitig findet die Heizung des ander--i) Regenerators
a. auf folgende Weise statt: Die Verbrennungsluft tritt unten aüf der kälteren
Seite des Hilfsregenerators
e. bei
t. ein, wärmt sich im Besatz v3r
und gelangt dann in den freien Raum
f2 des Hilfsregene#rators. Hier wird
das Hei7gas, durch Brenner zugesetzt -, z. B. wird das Heiz,-as bereitgestellt in
einer Ringleitung r2 und dann in feiner Verteilung durch eine Anzahl Düsen kurz
oberhalb der Besatzoberfläche von
g2 dein hocherhitzten Luftstrom zugesetzt
und dann im freien Rauin
f-, verbrannt
-, dabei ergibt sich
eine gute --,#,usbrennung. Die ausgebrannten Gase fließen nun durch den Kanal in.
in
den eigentlichen Regenerator
a.. durchströmen ihn, indem sie den
Besatz vorheizen, und treten bei
s. als abgekühlte Rauchgase wieder
aus.
| 2r Übertrittskanal x. in die Vergasungs- |
| ratur b wird natürlich während des Heiz- |
| les auf irgendeine Weise geschlossen. |
| der Unischaltun- wird in -enau der- |
| Weise di# Apparatur mit dem Index i |
,geheizt, während die Apparatur mit dem Index 2 gast.
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Es ist natürlich genau so möglich, nicht nur die Brennluft auf die
beschriebene Weise orz-Liwärrn-.n, sondern ebenfalls das Brenn-Zweckmäßiger ist
es jedoch, sich der Einfachheit wegen auf die Vorwärmung der Brennluft zu beschränken
und diese entsprechend höher vorzuwärmen, so daß man das Brenngas kalt einführen
kann.
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Es ist auch möglich, beim Gasen mit melireren Atmosphären Überdruck
zu arbeiten. Erhält man eine züi hohe Abgastemperatur des Gases, das während der
Gaseperiode aus dem kalten Teil des Hilfswärmespeichers abgezogen wird, so kann
der Hilf swärmespeiclier ,eine zusätzliche Abkühlung erhalten, indem zweckmäßigerweise
vor oder nach der normalen Gaseperiode -eine kurzzeitige Hilfsgaseperiode eingeschaltet
wird, in welcher das Gas im kalten Teil des Hilfswärmespeichers eintritt, zunächst
den Hillfswärmespeicher durchfließt, dann den Hauptwärmespeichür, und aus dem kalten
Teil des Hauptwärinespeicliers wieder austritt.
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Gegenüber ähnlichen Vorschläg"en auf anderen Fachgebieten hat Aas
neue -#Terfahreit zunächst den Vorteil, den 'Methaiigehalt des Nut7gases senken
zu können. Der Vorteil d-ineuen Verfahrensweise liegt lerner nicht nur in einer
besseren Lösung der Luftvorwärmung beim Wärittespeicherbetrieb, sondern vor allein
darin, daß nunmehr entweder das ganze oder ein - größerer 'feil des erzeugten
Gases bei Wahrung einer guten Wärmewirtschaft abgekühlt abgezogen werden kann und
daß dabei dieses erzeugte Gas nicht die Vergasungsapparatur b zu durchfließen
braucht. Es ist bekannt, das Nutz,-as hinter dein Wärmespeieher Vom Umwälzgas abzuzweigen.
-Auf diese Weise erhält man, wie bereits gesagt, in dem bei y, bz-`V- -'#'2
abgezogenen Synthesegas einen verhältnismäßig niedrigen Methangehalt.
Es
besteht nämlich immer die Gefahr, daß das ,erzeugte Gas, welches aus der
Gaserzeugungsapparatur b abgezogen wird, einen verhältnismäßig holten Methangehalt
besitzt. Man kann nämlich nicht, wenn nicht gerade bereits verkokte Kohle vorlieg
t, also z. B. Grud#.-1,ols. wegen der gleichzeitig einsetzenden Schwelreaktionen
einen verhältnismäßig geringen Methanggehalt in de-in erzeugten Gas bei der normalen
Arbeitsweise erreichen. Da aber das Gas, welches aus y, und y.,
entnommen wird.
die Vergasungsapparatur b nicht durchflossen
hat, andererseits zusammen mit dem beim Vergasen benötigten Wasserdampf hohen Temperaturen
ausgesetzt worden ist, so ist 14 .11 gesamte Methan und andere Kohlenwasserstoffe
restlos oder fast restlos gespalten worden, und man erhält bei -,vi und.
y2 e-in'Ga,s, welches völlig oder fast völlig frei von Kohlenwasserstoffen
ist.
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Ganz besonders wertvoll ist die Abziehung des Produktionsgases oder
eines Teiles -des Produktionsgases bei y, und y, dann, wenn, die gesamte
Gaserzeugung unter einem erhöhten Druck vorgenommen wird. Beim Vergasen unter erhöhtem
Druck bildet sich in Anwesenheit von Xohlenstoff, auch dann, wenn man schon verkokte
Kohle, z. B. Grudekoks, vorlegt, im erzeugten Gas Methan nach der Reaktion 2C0+2-H2=CH4+CO2-Diese
Reaktioli ergibt vor allem Methan bei nicht allzu hohen Vergasungstemperaturen von
8oo bis ioool C in Gegenwart von verkokter Kohle und Asche als Katalysator.
Bei dem gleichen Druck, aber bei den hohen Temperaturen des Umwälzgases wird das
Umwälz,- gas in dem oberen Teil des Wärmespeichers al bzw. a2 und in dem freien
Raum f,
und f2 weitgehend gespalten, so daß man an den Entnahmestellen
y, und y2 trotz der Anwendung höher-en Druckes ein Gas erhält '. welcheswiederumpraktischfreivolnMethanist.
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Das bei y, und y, austretende fertige Gas, 'das also,
ganz gleich, ob mit Druck oder z)hn#e erhöhten Druck gearbeitet wird, praktisch
meethanfrei ist, kann nun entweder in solcher Menge entnommen werden, daß das ganze
erzeugte Gas die Hilfswärmespeicher durchfließen muß, oder es kann genau so gut
nur ein Teil des erzeugten Gases bei y, und y, entnommen werden. In diesem
Falle muß idas restliche erzeugte Gas aus der Vergasungsapparatur b direkt
abgezogen werden.
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Die zweckmäßigste apparative Ausbildung besteht darin, die Haupt-
und Nebenwärmespeicher als stehende Wärmespeich#er der bekannten Bauart auszubilden
und sie in ihren Kuppeln durch einen Kanal miteinander zu verbinden. Dabei werden
die Hauptwärrnespeicher möglichst hoch besetzt, während die Besetzung in den Hilfswärmespe#ichern
nur etwa bis zur Hälfte vorgenommen wird, um einen freien Raum für das Ausbrennen
während des Heimorganges zu schaffen. Der Zusatz des Heizgases kann kurz oberhalb
des Besatzes im zylindrischen- Teil erfolgen. Man könnte auch den Besatz höher hinaufziehen
und das Heizgas in der Kuppel des Hilfswärmespeichers zusetzen.
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Die vorbeschriebene Apparatur läßt sich nicht nur gut verwenden, wenn
es sich darum handelt, das Umwälzgas Jür einen Vergasungsvorgang,zu erzeugen, der
mit Umwälzgas arbeitet, sondern dieselbe Apparatür-läßt sich auch dann anwenden,
wenn man nur die Spaltung von metbanreichen Gasen ohne Erz#ugung von Wassergas
betreiben will.
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In diesem Falle bleiben von der Apparatur in' Fig'..:2 nur- die Wärmespeichersätze
- bestehen. Es fallen also die Kanälex, und x, sowie die Vergasungstemperatur
fort, ebenfalls die Rückführung des Umwälzgases und die Förderung durch das Gebläse
k. Statt ,dessen--wird. bei z, und --. das zu spaltende methanhaltige bzw.
kohlenwasserstoffhaltige Gas zusammen mit Wasserdampf eingesetzt. Fernerhin wird
das gesamte gespaltene Gas bei y, und y, entnommen. Die Wärmespeicher
mit dem Index i und 2 arbeiten dann immer wieder ab-wechselnd auf Gasen und Heizen.
Die Anordnung läuft also darauf hinaus, daß die fühlbare Wärme des gespaltenen Gases-in
dem Besatz 9, oder g, gespeichert, wobei das erzeugte Gas abgekühlt
wird. Bei der Umschaltung wird dann jedesmal !der Besatz g,
bzw.
g2 wieder,abgekühlt durch die hindurchsteigende Verbrennungsluft, die auf
diese Weise bis auf Temperaturen, die in der Größenordnung von etwa 8oo bis iooo
und mehr Celsiusgraden liegen, vorgewärmt wird.