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Verfahren und Einrichtung zur Vergasung von Kohlenstaub, insbesondere
Steinkohlenstaub, in der Schwebe Die wenigen bisher in Betrieb befindlichen Anlagen
für die Vergasung von Kohlenstaub, bei denen eine Mischung von sauerstoffhaltigen
Gasen und Wasserdampf als Vergasungsmittel benutzt wird, haben sämtlich den Nachteil,
daß der Kohlenstaub kalt in den Gaserzeuger eingebracht wird und damit der Heizwert
des erzeugten Gases bzw. der Sauerstoffverbrauch bei dem Vergasungsvorgang ziemlich
ungünstig liegt. Nun läßt sich der zu vergasende Staub anwärmen bzw. anwärmen und
schwelen, bevor er in die Vergasungszone des Staubgaserzeugers gelangt, wobei die
Abwärme der erzeugten Gase hierfür ausgenutzt werden kann und wobei die gasförmigen
und festen Schwelprodukte einzeln für sich weiter behandelt werden. Entsprechende
Vorschläge sind bereits gemacht worden. Aber diese Vorschläge bringen eine gewisse
Komplikation des Verfahrens mit sich und bedingen bei regenerativer Vorwärmung und
Schwelung des Staubes eine größere Zahl zusätzlicher Ventile, Abscheider, Rohrleitungen
usw., die man unter Umständen bei sehr großen Anlagen wohl in Kauf nehmen kann,
die aber bei mittleren und kleineren Anlagen unbequem werden können.
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Den Vorteil der Staubanwärmung und Schwelung vor der Vergasung bei
gleichzeitiger Vermeidung einer zu großen Komplikation erzielt erfindungsgemäß das'
neue Verfahren dadurch, daß die
den Gäserzeuger verlassenden erzeugten
heißen Gase Regeneratoren abwechselnd anwärmen, die wiederum abwechselnd vom Frischstaub
durchflossen werden, der sich dabei erwärmt und schwelt, wonach die gesamten Schwelprodukte
zusammen mit dem hocherhitzten Vergasungsmittel vergast werden.
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Der Gang des Verfahrens ist im folgenden an Hand der in Fig. i dargestellten
Einrichtung zu seiner Durchführung beschrieben.
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Der Gaserzeuger a (Fig. i) besteht aus zwei Zügen a, und a2, die beispielsweise
oben durch eine Scheidewand b voneinander getrennt und unten durch eine Öffnung
c miteinander verbunden sind. Die umgekehrte Anordnung, bei der also die Öffnung
c oben liegt, ist aber auch möglich. Die nicht miteinander in Verbindung stehenden
Enden der Züge a, und a2, also in Fig. i die oberen Enden, sind über zwei Kanäle
k, und k2 mit zwei Regeneratoren d, und d2 verbunden, die aus langen, zylindrischen,
ausgemauerten Gefäßen mit feuerfesten Zügen oder Kanälen bestehen. An den von den
Kanälen k, und k2 abgewendeten Enden der Regeneratoren befinden sich die gesteuerten
Austrittsventile v, und v2 für die noch mehr oder weniger heißen erzeugten brennbaren
Gase und die Eintrittsventile w, und w2 für den zu vergasenden Frischstaub. Zwei
abwechselnd beheizte Regeneratoren r, und r2 wärmen das Vergasungsmittel vor, wobei
zwei Heißgasventile n, und n2 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden.
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Der ganze Vorgang geht nun folgendermaßen vor sich: Der Frischstaub
tritt zunächst bei geschlossenem Ventil v, bei w, ein, wärmt sich
in den Steinzügen von d, vor und schwelt dabei. Die Mischung aus festen und gasförmigen
Schwelprodukten, die vorzugsweise eine Temperatur zwischen 6oo und 8oo° C hat, tritt
bei k, in den eigentlichen Gaserzeuger über, und zwar in den Zug d,. Gleichzeitig
kommt über das offene -Ventil n, hocherhitztes Vergasungsmittel in den Zug a, hinein,
und der Vergasungsvorgang läuft lebhaft ab. An der Umkehrstelle c ist die Reaktion
so gut wie beendet; eine Nachreaktion kann im aufsteigenden Zug a2 geschehen. Um
zu verhindern, daß bei hohen Reaktionstemperaturen, zumal bei Steinkohle mit leicht
schmelzender Asche, die Asche in den Zügen der Regeneratoren d, und d2 anklebt,
kann an der Stelle x2 und unter Umständen auch an der Stelle x, Kühldampf oder Kühlgas
zugegeben werden, so daß also die Temperatur bei Eintritt in den Kanal k2 sich beispielsweise
um etwa 5o bis ioo° C, unter Umständen auch i5o°C ermäßigt. Mit einer immer noch
verhältnismäßig hohen Temperatur strömen dann die erzeugten brennbaren Gase in den
Regenerator d2 und heizen ihn auf. Die Eintrittstemperaturen der Gase in den Regenerator
d2 betragen je nach der Kohle und je nach der Menge Kühlmedium, das zugesetzt wurde,
8oo bis i ioo° C; unter Umständen kann auch mit noch höheren Temperaturen gearbeitet
werden. Die Austrittstemperatur der etwas abgekühlten erzeugten brennbaren Gase,
die nunmehr durch das geöffnete Ventil v2 austreten, liegt vorzugsweise zwischen
5oo und 700'C, unter Umständen auch höher oder tiefer.
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Nachdem der Vorgang eine gewisse Zeit, beispielsweise io bis
15 in der beschriebenen Weise durchgeführt wurde, wird umgeschaltet, und
zwar tritt dann ehensolange der zu schwelende Frischstaub durch zu, in den
Regenerator d2 ein, wobei das Ventil v2 geschlossen bleibt. Durch k2 treten die
Schwelprodukte in den Zug a2 des Gaserzeugers a und werden hier mit dem sauerstoffhaltigen
Vergasungsmittel vergast, das hocherhitzt über das geöffnete Ventil n: aus dem Regeneratorrz
zutritt. Die Vergasungsprodukte gelangen durch die Öffnung c in den Zug a,, reagieren
hier völlig aus, werden unter Umständen bei x, bzw. bei x, und x,
durch Zusatz von Kühldampf oder Kühlgas um eine gewisse Temperaturspanne abgekühlt,
um das evtl. Backen der Asche zu verhindern, und gehen dann durch den Kanal
k, in den Regenerator d"
dessen senkrechte Züge sie aufheizen, um unten
abgekühlt bei v, wieder auszutreten. Die restliche Abkühlung geschieht dann durch
einen Abhitzekessel. und nach der Restentstaubung, geht das Gas durch einen Wäscher
in den Gasbehälter. Das Ventil w, ist natürlich geschlossen, wenn v, geöffnet ist.
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Die Regeneratoren r, und r1 sind in üblicher Weise mit
einem Steingitterwerk versehen, während die Regeneratoren (1, und d_ aus
langen, glatten, senkrechten, verhältnismäßig weiten Zügen 1)estehen, damit sich
keine Asche absetzen kann.
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Es ist natürlich möglich, den Gaserzeuger a aus zwei Gefäßen zu bilden,
indem also der Zug a,, sich in einem und der Zug a2 in dem zweiten Gefäß
befindet. BeideGefäße werden dann natürlich durch einen Kanal miteinander in N"erbindung
gebracht. Die übrige Einrichtung bleibt wie in Fig. i.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dann, wenn gemäß
der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung dienenden Einrichtung die beiden Züge a, und a2 zu einem einzigen,
senkrechten Gaserzeuger vereinigt werden, wobei der Gaserzeuger d abwechselnd von
oben nach unten und von unten nach oben durchströmt wird. Dabei sind die beiden
Regeneratoren r, und r2 zur Vorwärmungdes Vergasungsmittels aufeinandergestellt
und in einem einzigen langgestreckten Gefäß baulich miteinander vereinigt, ebenso
die beiden Regeneratoren d, und d2 zur Vorwärmung und Schweleng des Staubes unter
Ausnutzung der Abwärme der erzeugten Gase. Die Regeneratoren r, die Regeneratoren
d und der Vergaser a sind also in drei langgestreckten Gefäßen etwa
derselben Länge angeordnet.
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Der ganze Vorgang verläuft ähnlich wie bei der Anlage nach Fig. i
folgendermaßen: Der Frischstaub wird zunächst bei w, in den Regenerator
d,
gegeben, wobei v, geschlossen ist, steigt in den feuerfesten und aufgeheizten
Zügen hoch, wärmt sich an, schwelt und tritt über den Kanal k, in den Oberteil des
Gaserzeugers a. Gleichzeitig tritt über das Heißgasventil n, das hocherhitzte Vergasungsmittel
ein
und reagiert mit dem durch k, tretenden Strom aus gasförmigen' und festen Vergasungsprodukten.
Der Gasstrom strömt nun nach unten und anschließend durch den Kanal k2 unten in
den Regenerator dz, heizt dessen Kanäle auf und verläßt ihn abgekühlt durch das
Ventil v2, um mittels eines Abhitzekessels weiter abgekühlt zu werden. Bei x2 kann
unter Umständen Kühldampf oder Kühlgas zugegeben werden, um die Temperatur zu ermäßigen
und aus der Zone herauszukommen, wo unter Umständen die Asche backen könnte. Während
dieser Schaltungsweise ist das Ventil n2 des Regenerators r2 geschlossen, der jetzt
aufgeheizt wird, indem durch die Ventile 1. und h2 Luft und Heizgas
in die Brenner y2 treten, wobei die Rauchgase den Regenerator r= von unten nach
oben durchziehen. Die Abgase verlassen den Regenerator r2 über das Ventil g2. Gleichzeitig
sind natürlich die Ventile 1, und h, für Heizluft und Heizgas der Brenner y, geschlossen.
Nach einer gewissen Zeit wird umgeschaltet; nunmehr tritt der Frischstaub durch
das geöffnete \-entilze, in den Regeneratord2, wobei v2 geschlossen bleibt, der
Staubstrom fließt nach unten, schwelt, und die heißen Schwelprodukte gelangen durch
den Kanal k2 unten in den Unterteil des Gaserzeugers a und werden hier mit hochheißem
Vergasungsmittel, das durch das geöffnete Heißgasventil ia. aus dem Regenerator
r2 zutritt, vergast, und das Gemisch aus erzeugtem Gas, Wasserdampf und Reststaub
steigt nach oben und gelangt durch den Kanal k, in den Regenerator d,, wobei unter
Umständen bei x, wieder Kühldampf oder Kühlgas zugesetzt wird. Der Regenerator d,
wird nunmehr wieder hochgeheizt, und die abgekühlten brennbaren Gase gelangen durch
das Ventil v, in den Abhitzekessel. Gleichzeitig waren die Ventile 12 und h" der
Brenner y. und das Ventil n, geschlossen und die Ventile h und hl, der Brenner y,
sowie der Abgasschieber g, geöffnet.
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Der Gaserzeuger ist im Unterteil, wie aus Fig. 2 ersichtlich, konisch
eingezogen zu einem Rohrstück oder senkrechten Kanal w, in den bei feine gewisse
Menge Dampf oder Kühlgas einströmt. Diese nach oben strömende Dampf- oder Gasmenge
wird so bemessen, daß schwerere Aschenteile durchfallen können, während der Schwelstaub,
der aus d2 kommt. bzw. die feine Restasche, die bei entgegengesetzter Schaltung
mit dem Gas von oben strömt, mitgenommen werden. Die schwereren Aschenkörner, die
nach unten fallen, können durch ein Ventil m bzw. eine schleusenartige Vorrichtung
von Zeit zu Zeit abgelassen werden. Unter Um--ständen läßt man die schwereren Aschenteile
in einen Wasserverschluß entsprechend Fig. 2 a fallen, aus dem die Rückstände periodisch
oder kontinuierlich von Hand oder maschinell ausgetragen werden.
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Um zu vermeiden, daß bei der Strömungsrichtung im Gaserzeuger von
unten nach oben der Strom der Schwelprodukte, der von unten nach oben aus dem Konus
herausströmt, einzelne Staubpartikeleben auf die schrägen Wandungen s des Abschlußkonusses
fallen läßt, wird entweder (Fig. 3) dauernd oder stoßweise über den ganzen Umfang
oder abwechselnd in einzelnen Segmenten aus einer Ringleitung i ein Dampf- oder
Gasstrom entlang den Wandungen s nach unten gegeben, um den abgelagerten Schwelstaub
wieder in den aufsteigenden Gasstrom zu blasen. Der Strom der Schwelprodukte wird
dabei mit dem sauerstoffhaltigen. Vergasungsmittel vergast, das aus einer Ringleitung
j austritt und in Einzelstrahlen p in den Strom der Schwelprodukte eingespritzt
wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat nicht nur den Vorteil, daß in
verhältnismäßig einfacher Weise der Heizwert des Gases erhöht bzw. der Sauerstoffverbrauch
erniedrigt wird, indem nämlich ein Teil des Wärmebedarfs der Vergasung, und zwar
derjenige zum Anwärmen und Sch-,velen des Brennstoffes und unter Umständen zum teilweisen
Spalten der Schwelprodukte ganz oder größtenteils aus der Abwärme des Prozesses
gedeckt wird, sondern auch den Vorteil, daß man den Vergasungsprozeß gefahrlos mit
verhältnismäßig hohen Temperaturen betreiben kann, und zwar wird das ermöglicht
durch den periodischen örtlichen Wechsel in der Einführung des Staubes, der mit
der periodischen Verlegung des Beginns der Vergasung verbunden ist. Dort nämlich,
wo das hochheiße Vergasungsmittel sich mit dem Staub bzw. mit den Schwelprodukten
mischt und die Reaktion einsetzt, ergeben sich erfahrungsgemäß die höchsten Temperaturen,
und zwar Temperaturen, die über i6oo° C ansteigen können. Wenn nun entsprechend
Fig. i oder Fig.2 die Strömungsrichtung in der Apparatur dauernd wechselt, so ist
beispielsweise bei Fig. 2 einmal die heißeste Stelle des Gaserzeugers oben und nach
der folgenden Umschaltung wieder unten. Ist die heißeste Stelle, also der Beginn
der Vergasung, oben, so wird durch die abziehenden Vergasungsprodukte und durch
die Einführung des Kühlmediums bei x, der Unterteil des Vergasers gekühlt, und die
bei der Strömungsrichtung von unten nach oben hocherhitzten Mauerwerksmassen geben
Wärme an das vorbeistreichende austretende Gas ab. Diese Wärme wird im Regenerator
d2 wiedergewonnen, Beim nächsten Wechsel, wenn das Gas in a also von unten nach
oben fließt, wandert die Stelle höchster Temperatur wieder nach unten, wo das Mauerwerk
gerade vorher abgekühlt worden ist, und die ausreagierten und evtl. durch Zufuhr
von Kühlgas bei x, noch weiter abgekühlten Gase kühlen die vorher hocherhitzten
Mauerwerksmassen im oberen Teil des Gaserzeugers wieder um eine erhebliche Temperaturspanne
ab. Nimmt man einmal an, die Temperaturen beim Beginn der Vergasung wären i6oo°C,
so würde beim dauernden Strom in einer Richtung das Mauerwerk hier bald eine Temperatur
annehmen, die nicht viel von i6oo° C verschieden ist. Wenn nun die Austrittstemperatur
des erzeugten Gases bei etwa i ioo° C liegt, werden dieGase eine erhebliche Kühlwirkung
ausüben können, und zwar am entgegengesetzten Vergaserende, so daß.also das Mauerwerk
an den heißesten Stellen nicht mehr eine Temperatur von i6oo° C besitzt, sondern
eine mittlere Temperatur zwischen i6oo und i ioo° C, also beispielsweise
eine
Temperatur, die zwischen 1300 und r400° C schwankt.
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Von besonderem Wert ist, daß die Schwelregeneratoren an ihren heißen
Stellen ventillos mit dem Gaserzeuger verbunden sind und nur am kalten Ende der
Schwelregeneratoren sich gesteuerte Ventile befinden. In der üblichen Weise werden
die Auslaßventile der Anlagen nach Fig. t bzw. Fig. 2 automatisch in einem bestimmten
Zyklus gesteuert. Der in den Regeneratoren dl und d. zu erwärmende und zu schwelende
Frischstaub wird mittels eines Traggases durch diese Regeneratoren geleitet. Hierfür
kann Wasserdampf-oder ein rezirkuliertes Gas bzw. eine Mischung beider Medien genommen
werden.
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Das Verfahren ist auch gut dafür geeignet, unter Überdruck angewendet
zu werden. Vor allem die Ausführung, in der die Regeneratoren für das Vergasungsmittel
und die Regeneratoren für die Schwelung des Frischstaubes in jeweils einem druckfesten
Gefäß untergebracht 'sind, bietet hierbei große Vorteile. ,