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Verfahren zur Erzeugung von Starkgas durch Vergasung von bituminösen
Brennstoffen oder Entgasungsrückständen Zur Erzeugung eines heizkräftigen Starkgases
aus festen Brennstoffen ist deren Vergasung mittels eines Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisches
unter erhöhtem Druck von etwa 2o bis 3o atü bekannt. Nachteilig für dieses Verfahren
ist die bei Anlagen kleiner Leistung relativ teure Sauerstofferzeugung durch Luftzerlegung
oder Elektrolyse. Es wurde deshalb bereits in ähnlicher Weise wie bei der Wassergaserzeugung
so vorgegangen, das Blasen unter atmosphärischem Druck und das Gasen mit Wasserdampf
unter erhöhtem Druck durchzuführen, um auf diese Weise das gleiche hochwertige Gas
erzeugen zu können. Es hat sich nun aber das Heißblasen unter atmosphärischem Druck
als äußerst nachteilig erwiesen; denn das bei jedem Arbeitsspiel notwendige Entspannen
des Gaserzeugers bedingt sehr viel Zeitverlust. Man setzt damit die Leistung des
Gaserzeugers beträchtlich herab. Abgesehen davon wird durch den in kurzen Zeitabständen
-zu wiederholenden Druckwechsel die Apparatur unnötig beansprucht. Schwierig ist
es auch, die einerseits
für atmosphärischen und andererseits für
erhöhten Druck zu bemessenden Einrichtungen aufeinander abzustimmen. Ungünstig wirkt
sich ferner der wechselnde Betriebsdruck des Gaserzeugers bei Vergasung feinkörniger
und feuchter Brennstoffe aus, da die Gaserzeugungsleistung durch die beim Heißblasen
unter atmosphärischem Druck naturgemäß sehr geringe Leistung begrenzt wird und das
Nachverdampfen der Kohlenfeuchtigkeit beim Entspannen des Gaserzeugers die Leerlaufzeit
zudem vergrößert. Diese Sachteile übertreffen die für dieses Verfahren geltend gemachten
Vorteile bei weitem.
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Eine wesentliche Verbesserung dieses bekannten Verfahrens gelingt
erfindungsgemäß, wenn man das Heißblasen und Gasen unter dem gleichen erhöhten Druck
von beispielsweise 2o atü und mehr ausführt.
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Das neue Verfahren arbeitet wie folgt: Man bläst den in einem druckfesten
Gaserzeuger ruhenden Brennstoff unter Druck von z. B. 2o atü mit verdichteter Luft
heiß. bis man das Brennstoffbett auf eine nach dem Schmelzpunkt der Asche sich richtende.
noch zulässige Höchsttemperatur von z. B. iioo bis 1300° C gebracht hat. Der Druck
begünstigt hierbei die Kohlensäurebildung, so daß die im Blasegas auftretenden Verluste
verringert werden und man selbst bei geringen Blasgeschwindigkeiten und feinkörnigen
Brennstoffen ein sehr kohlensäurereiches Blasegas erhält. Während bei der Wassergaserzeugung
mit sehr hohen Blasegeschwindigkeiten gearbeitet werden muß, um die CO-Bildung (etwa
i5"/o) und damit die Verluste im Blasegas möglichst zu verringern. kann man beim
Blasen unter erhöhtem Druck mit viel geringeren Geschwindigkeiten arbeiten und trotzdem
einen CO-Gehalt des Blasegases erreichen, der sogar niedriger als beim Blasen unter
Atmosphärendruck liegt (etwa i i 0/a). Andererseits kann durch Erhöhung der Blasegeschwindigkeiten
der CO-Gehalt noch weiter heruntergesetzt werden (auf etwa 6%-). Infolge der höheren
C O.,#-Bildung kann die Blasezeit entsprechend kürzer gestaltet werden als beim
Blasen unter Atmosphärendruck. Dieses wirkt sich am stärksten beim Verarbeiten stückiger
Brennstoffe aus. weil bei diesen die Blasegeschwindigkeit sehr weit erhöht werden
kann.
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Die chemisch gebundene und fühlbare Wärme des aus dem Gaserzeuger
abströmenden Blasegases kann man innerhalb des Verfahrens z. B. zum Vorwärmen des
Brennstoffes oder zur Überhitzung des zum Gasen verwendeten Wasserdampfes benutzen.
Das Blasegas kühlt man bei gleichzeitiger Reinigung auf etwa 2o° C ab, erwärmt es
dann auf eine geeignete Temperatur, um es schließlich unter Arbeitsleistung auf
atmosphärischen Druck zu entspannen. Man deckt hierdurch einen großen Teil, etwa
die Hälfte. der für die Luftverdichtung notwendigen Energie, so daß der Gesamtenergieverbrauch
für (las Heißblasen des Gaserzeugers unter Druck nicht höher ist, als er andererseits
für die Sauerstofferzeugung und -verdichtung leim stetigen Verfahren notwendig wäre.
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Entspannt man, wie dies bei einer örtlichen Gasversorgungsanlage möglich
ist. auch das Starkgas, so kann praktisch der gesamte Energiebedarf der Gaserzeugungsanlage
durch die Entspannung der beiden Gase gedeckt werden.
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Ist der Gaserzeuger heißgeblasen. so folgt das Gasen mit Wasserdampf
unter gleichem Druck. Man erhält dann, wie bei der stetigen Druckvergasung mit Sauerstoff.
ein kohlensäurereiches Rohgas, welches gekühlt und von Kohlensäure gereinigt unmittelbar
ein normgerechtes Stadtgas ergibt.
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Bei Verarbeitung bitumenreicher Brennstoffe kann man die entstehenden
Schwelgase in geeigneter Weise mit dem Starkgas abziehen und erhält hierdurch eine
Heizwertverbesserung dieses Gases.
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Vorteilhaft arbeitet man, wie dies bei der Wassergaserzeugung üblich
ist, mit zwei parallel geschalteten Gaserzeugern mit derartiger Abstimmung der Perioden
auf eine gemeinsame Gasreinigungsanlage, daß auch die zusätzlichen Einrichtungen,
wie Dampferzeuger, Gaskühlungs- und Reinigungsanlage. Verdichter usw., durchweg
mit gleichmäßiger Belastung betrieben «-erden können.
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Es ist aber z. B. auch möglich. in einem gemeinsamen druckfesten Gehäuse
mehrere parallel angeordnete Schächte zu betreiben. Eine Vorrichtung dieser Art
bietet vor allem bei kleineren Leistungen den Vorteil, daß man nur einen druckfesten
Behälter einschließlich der zugehörigen Einrichtungen benötigt.
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Trotzdem die Betriebsverhältnisse in den beiden Gaserzeugern nicht
immer gleich sind. kann man sie im Wechsel regelbar betreiben, indem sie zwar unter
gleichem Druck. aber mit verschiedenen. Luft- und Wasserdampfmengen beaufschlagt
werden.
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Bei der Anwendung des Verfahrens der Erfindung kann, wie dies bei
der Wassergaserzeugung üblich ist, auch so vorgegangen werden, daß die Richtung
des Blasens und Gasens umgekehrt oder auch beim Gasen sowohl von unten nach oben
als auch umgekehrt gearbeitet wird, sofern sich dies zweckmäßig erweist.
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Das neue Verfahren ist wirtschaftlich gesehen nicht wie das gemäß
der bekamiten Sauerstoffdruckvergasung fester Brennstoffe an eine gewisse 'Mindestleistung
gebunden.
so, daß man auch Anlagen mit Gaserzeugungs Leistungen
unter z. B. 40 Mio. Nm3 Stadtgas/Jahr, die man für das letztgenannte Verfahren zur
Zeit als Mindestleistung betrachtet, wirtschaftlich betreiben kann.
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Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zeigt die
Abbildung. In dieser sind i und 2 die beiden Gaserzeuger mit druckfestem Außenmantel.
Sie werden durch eine gemeinsame Kohlenschleuse 3 mit Kohle beschickt, und die in
ihnen anfallende Asche wird durch die Schleuse q. ausgetragen. Das Brennstoffbett
in den Gaserzeugern ruht auf den umlaufenden Rosten 5. Die Kohle-und Ascheschleuse
einschließlich ihrer Absperrvorrichtungen sind in der bei Druckgaserzeugern bekannten
Weise ausgeführt. Der Vergasungsdampf wird in einem Dampfkessel 6 erzeugt und durch
die Leitungen 7 mit Hilfe der Absperrvorrichtungen 7a regelbar auf die beiden Gaserzeuger
verteilt. Die Luft wird von einem Verdichter 8 angesaugt und durch die Leitungen
9 regelbar durch die Absperrvorrichtungen 9a den Gaserzeugern zugeführt. Die Gaserzeuger
i und 2 haben Einhängezylinder io, in denen der Brennstoff vor der Vergasung geschwelt
wird. Das Blasegas verläßt die Gaserzeuger durch die Leitungen i i mit den Absperrvorrichtungen
1 j a und wird über die gemeinsame Leitung i 1 durch einen Kühler 12
zu einer Wasserwäsche 13 und schließlich nach Vorwärmung in einem Erhitzer 14 in
die Entspannungsmaschine 15 geleitet, von der es in entspanntem Zustand in den Gasometer
16 gelangt. Es kann dann vermischt mit den bei der Druckwasserwäsche des Starkgases
und beim Einschleusen der Kohle anfallenden Überschußgasen dem Dampfkessel 6 durch
die Leitung 6a zur Unterfeuerung zugeleitet werden.
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Das nach beendetem Heißblasen durch Einblasen von Vergasungsdampf
erzeugte Starkgas gelangt von den Gaserzeugern über die Leitungen 17 mit den Absperrvorrichtungen
17a in die Sammelleitung 17 und wird in den Kühlern 18, der Druckölwäsche 19, der
Druckwasserwäsche 20 und der Restentschwefelung 21 gekühlt und gereinigt, so daß
es schließlich unter dem Erzeugungsdruck bei 22 in die Ferngasleitufig abströmen
kann. Gegebenenfalls kann man auch seine Energie in einer Entspannungsmaschine ausnutzen.
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Die Betriebsweise der Vorrichtung ist beispielsweise folgende: Die
verdichtete Luft wird wechselweise durch die Leitungen 9 in die Gaserzeuger eingeführt,
und das hierbei entstehende Blasegas wird durch die Reinigungsanlage zur Entspannungsmaschine
abgeleitet (Betriebszustand des Gaserzeugers 2 der Zeichnung). In gleicher Weise
strömt im Wechsel der Dampf durch die Leitungen 7 zu (Betriebszustand des Gaserzeugers
i der Zeichnung). Das beim Gasen entstehende Rohgas zieht- man durch die Einhängezylinder
io zur Ausnutzung des Schwelgases in die Leitung 17 ab. Das Blasegas wird, um es
in möglichst reinem Zustand in die Entspannungsmaschine einzuführen, durch das von
der Druckwasserwäsche des Starkgases 2o über die Leitung 23 abgehende kohlensäurehaltige
Wasser gewaschen. Dieses Wasser wird anschließend in üblicher Weise entspannt; das
Entspannungsgas geht zum Dampfkessel, und das Wasser kehrt nach Regenerierung durch
Belüftung über eine Hochdruckpumpe wieder zum Druckwaschturm zurück. Der Druck in
der Anlage wird durch ein in die Leitung 22 eingeschaltetes Regelventil 2q. gleich
hoch gehalten.
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Im Vergleich zu dem bisher für die Starkgaserzeugung durch Druckvergasung
fester Brennstoffe vorgeschlagenen Verfahren bestehen die Vorteile des neuen Verfahrens
darin, daß die Druckvergasung mit ihren an sich bereits vorhandenen Vorzügen auch
bei kleinen Erzeugungsleistungen ermöglicht wird, das Verfahren einen gleichmäßigen
Betrieb mit hoher Durchsatzleistung erlaubt, der Wirkungsgrad durch die beim Blasen
unter erhöhtem Druck gesteigerte Kohlensäurebildung verbessert wird, die Verlustzeiten
für das Entspannen des Gaserzeugers wegfallen und die Bemessung der Vorrichtungen
einfacher gestaltet wird, weil alle Vorgänge unter Druck verlaufen und schließlich
auch die zusätzlichen Einrichtungen, wie DampfeTzeuger, Druckwasserwäsche und die
Verdichter, gleichmäßig belastet werden.
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Bei einer aus mehreren, beispielsweise sechs Gaserzeugern bestehenden
Anlage überdecken sich die Perioden der Gaserzeuger derart, daß die ganze Anlage
an einen einzigen Luftverdichter und entsprechend an eine einzige Entspannungsmaschine
geschaltet werden kann. In diesem Fall wird ein sehr gleichmäßiger Strom von Stark-
und Blasegas erzeugt, wobei das öffnen und Schließen der Absperrvorrichtungen 7a
und 9a bzw. 1 j a
und 17a selbsttätig von einer Schaltvorrichtung
aus vorgenommen werden kann.