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Verfahren zur ununterbrochenen Erzeugung von Wassergas Die Erfindung
bezieht sich auf die ununterbrochene Erzeugung von Wassergas aus stückigen, schwer
reaktionsfähigen Brennstoffen, wie Steinkohle o. dgl., durch Innenerhitzung mit
Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischen unter stetigem Abziehen von Koks.
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Zur ununterbrochenen Erzeugung von Wassergas aus stückigen Brennstoffen
ist es bekannt, den Brennstoff mit einem hocherhitzten Gemisch von Wassergas und
Wasserdampf zu behandeln. Das Wassergas dient in diesem Gemisch als Wärmeträger,
der die für die Wassergasbildung erforderliche Wärme dem Gaserzeuger zuführt. Dieses
bekannte Wassergaserzeugungsverfahren ist mit Vorteil in erster Linie dort anwendbar,
wo es sich üm die Versagung relativ leicht reaktionsfähiger Brennstoffe, wie Braunkohlenbrikette
o. dgl., handelt, die sich bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vergasen
lassen. Die Einhaltung höherer Arbeitstemperaturen im Gaserzeuger setzt eine entsprechend
hohe Vorwärmung des als Wärmeträger dienenden Gemisches von Wassergas und Wasserdampf,
vielfach auch als Wälzgas bezeichnet, voraus. Einer weitgehenden Temperatursteigerung
des Wälzgases ist aber durch die Haltbarkeit des Wälzgaserhitzers (Regenerator)
eine Grenze gesetzt, die bei den. praktisch in Betracht kommenden Baustoffen für
den: Gaserhitzer ziemlich tief liegt und die wirtschaftliche Vergasung schwer reaktionsfähiger
Brennstoffe nach -dem reinen Wälzgasverfahren undurchführbar erscheinen läßt.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, stückige Brennstoffe durch Umsetzen
mit einem Gemisch von Wasserdampf und reinem Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicherter
Luft zu vergasen. Der industriellen Verwirklichung dieser Vorschläge standen aber
bisher die hohen Kosten für die Erzeugung des zur Vergasung erforderlichen Sauerstoffs
bzw. Sauerstoffkonzentrates entgegen. Auch besitzt
das durch die
bekannte Sauerstoffvergasung gewonnene Brenngas einen ziemlich hohen Kohlensäuregehalt,
der für viele Verwendungszwecke nachteilig ist.
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Schließlich ist es auch bekannt, Wassergas in ununterbrochenem Betriebe
in Mischung mit Destillationsgas zu erzeugen, wobei das Wassergas durch Einleiten
von Wasserdampf in den aus der senkrechten Entgasungskammer austretenden glühenden
Koks unter gleichzeitiger Kühlung des Kokses gewonnen wird, der in einem anschließenden
Gaserzeuger vergast wird. Das erzeugte Generatorgas dient dabei zur Außenbeheizung
der Entgasungskammer. Der Wassergasgehalt des erzeugten Mischgases ist hierbei nur
sehr gering.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird nun die ununterbrochene Erzeugung
von Wassergas aus stückigen, schwer reaktionsfähigen Brennstoffen mit Wasserdampf
und Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt in der Weise durchgeführt,
daß das auf über goo° vorgewärmte Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff in die
Vergasungszone geleitet wird und der Brennstoff des Gaserschachtes durch Abziehen
von unvollständig vergastem Gut dauernd in Bewegung gehalten wird.
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Die praktische Anwendung der Erfindung ergibt gegenüber dem Bekannten
erhebliche Vorteile in bezug auf die Qualität :des erzeugten Nutzgases und in bezug
auf die Gaserzeugungskosten und den Betrieb der Gaserzeugungseinrichtung.
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Eine hohe Vorwärmung des Gemisches von Sauerstoff und Wasserdampf
hat man bisher nicht für bedeutungsvoll erachtet, weil durch Verwendung von Sauerstoff
schon so hohe Reaktionstemperaturen erreicht werden, daß Schlackenschwierigkeiten
entstehen können. Übersehen wurde jedoch, daß man bei hoher Vorwärmung des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches
vermöge der hohen spezifischen Wärme des Wasserdampfes eine beträchtliche Wärmemenge
in den Gaserzeuger einführen kann, wodurch sich die Menge der durch Oxydation innerhalb
des Gaserschachtes zu erzeugenden Wärme entsprechend vermindern läßt. Man ist also
in der Lage, durch Verwendung entsprechender Mengen Wasserdampf und durch hohe Vorwärmung
des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches den Verbrauch von teurem Sauerstoff erheblich
herabzusetzen. Wenn beispielsweise bei der Vergasung eines Brennstoffes ohne hohe
Vorwärmung des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches je ncbm Nutzgas o,2 ncbm Sauerstoff
aufgewandt werden mußte, sinkt der Sauerstoffaufwand bei Vorwärmung des Gemisches
auf etwa i2oo° auf o,i ncbm Sauerstoff; ein Fortschritt, der im Hinblick auf die
hohen Erstellungskosten für reinen bzw. konzentrierten Sauerstoff als außergewöhnlich
anzusehen ist. Daneben. ergibt sich noch eine erhebliche Verbesserung in der Zusammensetzung
des Nutzgases, dessen Kohlensäuregehalt in dem angegebenen Falle von 22 °/o auf
15 bis 16 °/a sinkt.
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Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich ergebende
hohe Reaktionstemperatur kann sich im Gaserzeuger nicht durch Bildung gefährlicher
Schlackenmassen auswirken, weil der Brennstoff, wie an sich bekannt, im Gaserzeuger
dauernd in Bewegung gehalten und nur teilweise vergast wird. Hierdurch wird einem
Zusammenschmelzen der Asche zu größeren Brocken entgegengewirkt. Der anfallende
aschereiche Brennstoffrückstand läßt sich ohne Schwierigkeiten, beispielsweise in
üblichen Drehrostgeneratoren, vergasen, und mit dem so erzeugten Gas (Generatorgas)
wird der Wärmebedarf der hohen Vorerhitzung des Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisches
und gegebenenfalls anderer Betriebsvorgänge gedeckt.
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Auf der Zeichnung ist eine zur Durchführung der Erfindung geeignete
Anlage schematisch dargestellt.
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Der zu vergasende Brennstoff gelangt aus dem Vorratsbehälter i nach
Maßgabe der Betätigung der Zuführeinrichtung 2 in den Füllrumpf 3, der von- oben
in den Gaserschacht 4 etwas hineinragt, so d'aß im Schacht q. rings um den Füllrumpf
3 ein freier Gassammelraum 5 gebildet wird.
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Der Gaserschacht4 wird von. feuerfestem Mauerwerk 6 gebildet, das
auf einem geeigneten Gerüst angeordnet ist. Im unteren Teil des Gaserschachtes 4.
sind zwei Reihen von parallel zueinander laufenden feuerfesten Brücken 7, 8 angeordnet,
die nach unten offen sind.
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Die unterste Brückenreihe ; dient dazu, das Vergasungsgemisch in der
Füllung des Gaserschachtes zu verteilen. Das Vergasungsgemisch wird in den turmartigen
Gaserhitzer 9 auf die erforderliche hohe Temperatur von über goo° vorgewärmt. Wasserdampf
wird durch die Rohrleitung io und Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft
durch die Rohrleitung i i zugeführt. Die Medien werden sorgfältig gemiscl*t und
bei 12 am Fuße des Gaserhitzers 9 eingeleitet. Der Gaserhitzer g ist in bekannter
Weise als Regenerator ausgebildet und steht oben mit einem seitlichen Verbrennungsschacht
13 in Verbindung, in welchem beim Aufheizen des Regeneratorgitterwerkes Brenngas
und Luft verbrannt wird.
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Das im Erhitzer 9 auf über gool erhitzte Gemisch von Wasserdampf und
Sauerstoff gelangt durch den Brennschacht 13 und die
Rohrleitung
14 in einen nicht dargestellten Verteilkanal, der mit der Brückenreihe 7 verbunden
ist. Von: dort verteilt sich das Gemisch über die Füllung des Gaserzeugers und steigt
dann aufwärts. Durch Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Brennstoff entsteht in der
Zone oberhalb der Brückenreihe 7 eine Wärmemenge von so hoher Temperatur, daß sich
der in dem Gaserschacht eingeführte Wasserdampf mit dem Kohlenstoff des zu vergasenden
Gutes unter Wassergasbildung umsetzt. .
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Das auf diese Weise erzeugte Wassergas wird mittels der Brückenkanäle
8 aus dem Gaserzeuger in die Rohrleitung 15 abgezogen. Diese führt zu einem als
Dampfkessel ausgebildeten Kühler 16, in welchem die fühlbare Wärme der mit hoher
Temperatur aus dem Gaserschacht abgezogenen Gase ausgenutzt wird. An den Kühler
16 schließt sich im Gasweg ein Kühlwascher 17 an, in welchem die Temperatur des
Gases weiter erniedrigt wird, so daß das Gas mittels des Gebläses i8 in die Nutzgasleitung
gefördert werden kann.
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Durch die Brückenreihe 8 wird nur ein Teil des in der Wassergasbildungszone
entstandegen Gases abgezogen, der andere Teil wird im Gaserschacht 4 aufwärts geführt.
Hierbei gibt das heiße Gas seine Wärme an den Brennstoff ab, der dadurch getrocknet
und entgast (geschwelt) wird:. Aus dem oberen Gassammelraum 5 des Gaserzeugers kann
daher durch die Rohrleitung 2o ein Gemisch von Reaktionsgas, entstanden in der Wassergasbildungszone,
und von Destillationsgas (Schwelgas), entstanden in der Entgasungszone des Gaserschachtes,
abgezogen werden. Dort, wo es vorteilhaft erscheint, die Erzeugnisse der Tieftemperaturdestillation
(Schwelung im engeren Sinne) getrennt von den Erzeugnissen der Hochtemperaturdestillation
oder Nachentgasung zu gewinnen, kann. oberhalb der Brückenreihe 8 noch eine dritte
Brückenreihe vorgesehen werden, durch welche das Nachentgasungsgas abgezogen wird:
Das durch die Rohrleitung 2o abziehende Gemisch von Gasen und Dämpfen gelangt zunächst
ohne wesentliche Temperaturerniedrigung in eine elektrische Entleerungsanlage 21,
in welcher der Schwelteer abgeschieden wird. Das übrigbleibende Gemisch von Reaktionsgas,
Schwelgas und Wasserdampf gelangt durch die Rohrleitung 22 in eine regenerative
Gaserhitzereinrichtung 23, die ähnlich gebaut ist wie der Gaserhitzer 9, jedoch
noch mit einem besonderen Regenerator 24 zur Ausnutzung der fühlbaren Wärme des
anfallenden Reaktionsgases ausgestattet ist. - Durch die Rohrleitung 25 gelangt
das umgesetzte Gas in einen Kühlwascher 26, von dem es mittels des Gebläses 27 über
die Rohrleitung 28 in die Nutzgasleitung ig gefördert wird.
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Die Bewegung der Gasmedien durch die Anlage wird, wie aus vorstehendem-ersichtlich,
vorn den beiden Gebläsen 18 und 27 beherrscht, und durch deren Einstellung läßt
sich ohne weiteres ,die Teilung des Reaktionsgases im Gaserzeuger regeln.
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Die Temperaturlage in der Anlage gestaltet sich beispielsweise so,
daß das Gas aus dem Erhitzer i g mit etwa i ooo° der Brückenreihe 7 zugeführt wird.
Durch die Brückenreihe 8 wird ein Reaktionsgas von etwa goo° abgezogen, :das im
Kühler 16 auf 35o° und im Kühlwascher 17 auf 30° gekühlt wird. Das Nachentgasungsgas
wird gegebenenfalls .durch eine dritte Brückenreihe mit etwa 75o° abgezogen. Im
Gassammelraum 5 mag eine Temperatur von etwa 150 bis 18o° herrschen, die also über
dem Taupunkt des Gases für Teer liegt. Im Gaserhitzer 23 wird das Gas auf etwa i2oo°
erhitzt. Das den Regenerator 24 verlassende Gas mag eine Temperatur von 3oö° haben,
die im Kühler 26 auf 30° gesenkt, wird.
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Im Gaserzeuger 4 wird der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes so weit
abgebaut, daß mit dem Vergasungsrückstand etwa 45 °/o des in dem entgasten Brennstoff
enthaltenden Kohlenstoffs ausgetragen wird, wenn der Schmelzpunkt der Asche etwa
bei i2oo° liegt. Hat die Asche einen höheren Schmelzpunkt, ist es unter Umständen
auch möglich, mit der Vergasung des Kohlenstoffes weiterzugehen.
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Der Brennstoffrückstand wird aus dem Gaserzeuger 4 unten durch die
Leitung 2g abgezogen, die zu einem üblichen Drehrostgenerator so führt. Das in diesem
erzeugte Brenngas (Generatorgas) wird in dem Kühlwascher
31 gereinigt und
gekühlt und dann mittels des Gebläses 32 durch die Rohrleitung 33 teils in die zum
Brennschacht 13 des Gaserhitzers 9 führende Rohrleitung 34 und teils in die zum
Gasumsetzer 23 führende Rohrleitung 35 gedrückt. Auf der Zeichnung sind die Einrichtungen
g und 23 nur einfach därgestellt, während ein geregelter ununterbrochener Betrieb
selbstverständlich mehrere solcher Einrichtungen voraussetzt, wie im Regeneratorbetrieb
allgemein bekannt. Ausführungsbeispiele: Bei Verarbeitung oberschlesischer Gasflammkohle,
die in dem Oberteil des Gas- 11; erzeugers durch einen Teilstrom des Wassergases
geschwelt wird, verläuft die Reaktion in der unteren Wassergaszone bei der Vergasung
mit einem Gemisch von Sauerstoff-Wasserdampf nach folgender Gleichung: 12, 0,702
Nms Wasserdampf + 0,1495 Nm3 Sauerstoff + o,ßöo kg Kohlenstoff = i 1Tin3
Wassergas
-1- o,267 Nm3 uniersetzter Wasserdampf. Das Wassergas hatte eine Zusammensetzung
von:
| C02 16,5 0l0 |
| CO 39,5% |
| 43,0% |
| N2 1,00/0 |
Das Wasserdampf-Sauerstoff-Gemisch wird auf 90o° erhitzt, das Wassergas-Wasserdampf-Gemisch
verläßt die Wassergaszone mit einer Temperatur von 9500.
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Wird die gleiche Kohle mit einem Gemisch von Wasserdampf-Luft vergast,
go erhält man bei o,6lo Nm3 Wasserdampf + 0,317 Nm3 Luft -f- 0,2o6 kg Kohlenstoff
= i,oo Nm3 stickstoffreiches Wassergas + 0,2438 Nm' uniersetzten Wasserdampf.
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Das erzeugte Wassergas hat die Zusammensetzung von:
| C02 I I,78 o/0 |
| CO 26,65 0/0 |
| 36,621/, |
| N2 24,95% |
Das Wasserdampf-Luft-Gemisch wird auf 130o° erhitzt in die Wassergaszone eingeführt.
Das Wassergas-Wasserdampf-Gemisch verläßt die Reaktionszone mit 95o°. Wandelt man
das aus dem Oberteil des Gaserzeugers austretende Spülgas-Wassergas-Schwelgas-Gemisch
durch Erhitzen mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur in Wassergas um unter Umformung
der Kohlenwasserstoffe und mischt dieses umgeformte Gas mit dem aus der Wassergaszone
abgezogenen Wassergas, so erhält man ein Synthesegas, das nach der Konvertierung
des CO mengenmäßig N2 : H2 wie I : 3,a enthält. Man kann also durch die reine Vergasung
des Brennstoffes mit überhitztem Luft-Wasserdampf-Gemisch Ammoniaksynthesegas nach
dem angemeldeten Verfahren erzielen.
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Bei beiden Beispielen wird etwa 5o bis 55 % des mit dem Schwelkoks
in die Wassergaszone gelangenden Kohlenstoffes vergast. Im allgemeinen wird man
als die obere Grenze des in der Wassergaszone zu vergasenden Kohlenstoffes 55 bis
6o 0/0 des mit dem entgasten Brennstoff in diese Zone gelangenden Kohlenstoffes
ansehen, um Schlackenschwierigkeiten zu vermeiden. Mit dem restlichen ausgetragenen
Koks, abzüglich des Koksstaubes kann jene Generatorgasmenge erzeugt werden, die
zur Erhitzung der Medien des Verfahrens benötigt wird.