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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Synthesegas für katalytische
Reaktionen aus staubförmigen Brennstoffen Für die Synthese von Kohlenwasserstoffen,
Ammoniak und anderen Verbindungen durch Umsetzen von Wasserstoff oder von Wasserstoff
und Kohlenoxyd an Katalysatoren benötigt man große Mengen von Gasen bestimmter Zusammensetzung
und Reinheit. In bezug auf letztereEigenschaftwird namentlich die Abwesenheit von
teerigen und harzbildqn-.den Stoffen; verlangt, welche sich auf der aktivierten
Oberfläche des Katalysators niederschlagen und ihn in kurzer Zeit durch einen dichten
Überzug unwirksam machen könnten. Ferner muß das Synthesegas frei von Schwefelverbindungen
sein, insbesondere solchen Schwefelverbigdungen, welche sich nicht wie Schwefelwasserstoff
durch eine relativ einfache B.ehanälunz leicht entfernen lassen. In erster Linie
kommt für die Erzeugung von Synthesegas aus staubförmigen Brennstoffen die Vergasung
von Stein- oder Braunkohle oder daraus hergestellter Koks oder Halbkoks in Betracht.
Es ist jedoch bisher nicht möglich gewesen, aus staubförmiger Stein- oder Braunkohle,
d. h. bituminösen Brennstoffen, iln einem einzigen Arbeitsgang ein brauchbares Synthesegas,
durch Vergasung zu erzeugen. Es ist schon vorgeschlagen worden,, staubförmige Kohle
mit Sauerstoff und mit sekundär zugesetztem Wasserdampf zu vergasen. Hierbei soll
zwar :der primär zugeführte Sauerstoff durch Verbrennung eines Teiles des Kohlenstaubes
eine hohe Temperatur erzeugen, diese Temperatur jedoch durch den sekundär zugeführten
Wasserdampf
bewußt schnell wieder herabgesetzt werden. Die Vermischung
des Kohlenstaubes mit dem Sauerstoff erfolgt bei -diesem bekannten Verfahren erst
bei der Einführung in den Vergaser, zIso praktisch im Vergaser selbst. Dadurch ist
eine iinnige Verrnischung,des Sauerstoffs mit dem Kohlenstaub nicht in der Weise
möglich, wie dieses bei einer Miischüng in einem IVLischraum vor Eintritt in den
Vergaser der Fall ist. Die schnelle Temperaturherabsetzung bei der sekundären Dampfzufuhr
bewirkt eine Wärmeabfuhr aus der Zone des exothermen Reaktionsvorganges der teilweisen
Verbrennung des Kohlenstaubes und damit einen Ablauf diese, Reaktionsvorganges auf
einer niedrigeren Temperaturstufe. Die bei der Vergasung zunächst frei werden-,den
teerigen und harzbildenden Stoffe sowie die schädlichen Schwefelverbindungen: können
daher nicht restlos in der Zone hoher Temperatur umgesetzt werden, so daß -das Nutzgas
erst einer besonderen Vorbehandlung unterworfen werden muß. Diese Vorbehandlung
besteht im wesentlichen in einer Erhitzung auf so hohe Temperaturen, daß sich die
schädlichem Verunreinigungen zersetzen oder umsetzen, ein Verfahren, das erklärli.cherwei.se
mit eiinem hohen Aufwand an. Bau- und Betriebskosten (Wärme) verbunden ist.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe, Synthesegas in einem einzigen
Arbeitsgang aus bituminösen Brennstoffen zu erzeugen. Die Lösung .dieser Aufgabe
ist deshalb von Bedeutung, weil gerade bituminöse Kohlenworkommen, die für die Kokserzeugung
nicht brauchbar sind, in besonders großem Ausmaß vorhanden und- verfügbar sind.
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Gemäß der Erfindung wird der Sauerstoff mit dem Brennstaub in. einer
zum Verblasen dienenden Mischkammer gemischt, das Gemisch unter solchen Bedingungen
in den Reaktionsraum eingeführt, daß erst dort die Reaktion eintreten kann, und
Wasserdampf hoher Vorwärmung, beispielsweise iooo bis 120o°, in den Vergasungsraum
sekundär eingeführt. Weiter wird erf@ndungsgemäß die Temperatur an allen Stellender
Reaktionskammer oberhalb des Zersetzungspunktes der teerigen und harzb;ildenden
Stoffe sowie schädlichen Schwefelverbindungen gehalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, bei richtiger Bemessung
desi Verhältnisses von Sauerstoff zu Brennstoff in der Reaktionskammer ein Gas zu
erzeugen, wdlches praktisch frei von den für die Katalysatoren .schädlichen Kohlenstoff-
oder Schwefelverbindungen ist. Durch die zuerst erfolgemde Unisetzung .des. Sauerstoffs
mit denn Brennstoff ergibt sich primär an der Oberfläche der einzelnen Brennstoffkörner
eine starke Temperatursteigerung, welche die Temperatur des ganzen Kornes schlagartig
erhöht und die schnelle Zersetzung -des. Koklenbitunnens bewirkt. Die austretenden
teerigen Stoffe gelangen in eine stark oxydierende Atmosphäre, in der sie sich unter
weiterer Wärmeentwicklung zu Kohlensäure oder Kohleinoxyd und Wasserdampf umsetzen.
Der Kohlenstoffrückstand des. entgasten Brennstoffs reagiert schließlich noch unter
Wassergashildung mit dem hochvorerhitzten Wasserdampf, so daß, am Ende des Reaktionsraumes
das gesamte Brennbare in Kohlenoxyd, Kohlensäure und Wasserstoff umgewandelt ist
und lediglich die Asche vorzugsweise im verflüssigtem Zustande zurückbleibt.
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Die im vorstehenden erörterte Umsetzung des Brennstoffs mit denVergasungsmitteln
geht in allen Zonen des eingeblasenen Brennstaubes praktisch gleichmäßig vor sich,
weil der Brennstaub durch das zum Verblasen .dienende gasförmige Medium (Sauerstoff
oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt) und -den sekundär zugeführten Wasserdampf
hoher Vorwärmung weitgehend aufgeteilt wird, so daß jedes einzelne Brennstoffkorn
von einer für seine Umsetzung ausreichenden Hülle gasförmiger bzw. dampfförrniger
Vergasungsmedien umgeben ist. Es .ist :daher nicht möglich, .daß teerige Stoffe
und andere Verunreinigungen ünfolge zu langsamer :Reaktion einzelner Teile des festen
Brennstoffs in das Nutzgas gelangen.
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Die bei dem Verfahren nach ider Erfindung erreichbaren hohen Temperaturen
des Restbrennstoffs und des Verbrennungsproduktes (CO) erleiden keine Herabsetzung
durch Wärmeabgabe an diie in hochvorerhitztem Zustand eingeführtem Reaktionsteilnehmer
(Wasserdampf oder Kohlensäure) ; die gesamte fühlbare Wärme des. Restbrennstoffs
und des Verbrennungsproduktes steht also für die eigentliche endotherme Wassergasreaktion
zur Verfügung. Hierdurch wird erreicht, daß die endotherme Reaktion mit auf höchster
Temperaturstufe befindlichen Reaktionsteilnehmern begonnen. wird und auf einer solchen
Temperaturhöhe abläuft, da.ß die restlose Umsetzung desi Kohlenstaubes innerhalb
-der praktisch zur Verfügung stehenden Zeit sicher durchgeführt ist, und zwar infolge
der gleichmäßig hohen Temperaturlage sämtlicher Reaktionsteilnehmer. Ein zu starker
Temperaturabfall durch Einsetzen der eridothermen Was'sergasreaktion wird somit
verhindert. Kein Teil .des in die Reaktionskammer eingeführten Brennstoffs oder
des daraus entstandenen Gases kann sich daher jener hohen Temperatur entziehen,
bei welcher die schädlichen teerigen Substanzen uind hochmolekularen Kohlenwasserstoffe
zersetzt und die schädlichen Schwefelverbin@dunaen in Schwefelwasserstoff umgewandelt
werden.
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Die Menge des in die Reaktionskammer eingeführten exotherm reagierenden
Vergasungsmittels (Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt) wird derart
bemessen, daß in :der Reaktionskammer unter Berücksichtigung der Vorwärmung des
Wasserdampfes und der vor sich gehenden endothermen Reaktionen; die zur Zersetzung
der teerigen Substanzen, und Schwefelverbindungen erforderliche hohe Temperatur
erreicht wird. Ferner muß die Sauerstof6zufuhr in richtiger Beziehung zu der gewünschten
Zusammensetzung des erzeugtem, Nutzgases stehen, .namentlich zu d emen Gehalt an
Kohlenoxyd und Kohlensäure. In der Regel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Sauerstoff oder die Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt mit normaler Temperatur
in die zum Verhlasqndes
Brennstaubes vorgesehene Mischkammer eingeführt,
und es kann auch vorteilhaft sein, die normale Temperatur des Sauerstoffs in: der
Mischkammer und. dem von dieser zum Reaktionsraum führenden Verhindungskanal durch
besondere dort vorgesehene Kühlmittel aufrechtzuerhalten, um ein Rückschlagen der
Reaktion aus dem auf sehr hoher Temperatur gehaltenen Reaktionsraum zu verlhindern.
Jedoch mag unter Umständen auch eine gewisse Vorwärmung des Sauerstoffs bzw. namentlich
der Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt in Betracht kommen.
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Diel Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete Einrichtung, dessen; Kennzeichen darin besteht, daß das Brennstau-bb-Sauerstoff-Gemisch
von einander gegenüberliegenden Seiten- der Reaktionskammer eingeblasen und das,
Nutzgas aus dem Teil der Reaktionskammer abgezogen wird, ;in welchem die von den:
einander gegenüberliegenden Seiten kommenden Reaktionsgase zusammentreffen. Durch
eine solche Zusammenführung der Reaktionsgase wird erreicht, daß däs Reaktionsgasgemisch
mit .dem darin etwa noch (n!icht ausneagierten Restkohlenstoff weiter.innigdurchmischt
wird und: vollständig ausreagiert. Ferner wird eine hohe Temperatur aufrechterhalten,
da die Wärme an einem Abfließen mach den gegenüberliegenden Seiten gehindert wird.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorzugsweise geeignete Einrichtung schematisch dargestellt.
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Die dargestellte Anlage umfaßt einen doppelkegelartigen. Reaktionsraum
i i, an dessen Stirnwänden 12 durch die Leitung 13 Sauerstoff oder Luft von erhöhtem
Sauerstoffgehalt eingeführt wird, welche Brennstaub ausi den Leitungen 14 mitnimmt,
so dlaß in den Reaktionsraum ein -Gemisch von gasförmigem Medium und Brennstaub
in Form einer homogenen Staubwolke eintritt. Im oberen Teil des Reaktionsraumes
wird durch die Leitun-:gen 15 hoch vorerhitzter Wasserdampf eingeführt. Die Reaktionsstoffe
ziehen, wie durch Pfeile in der Zeichnung angedeutet, zur Mitte des Reaktionsraumes
ab, wo am Boden -der Austrittsstutzen 16 vorgesehen ist. Die bei der Vergasungsreaktion
verflüssigte Schlacke dies Brennstaubes scheidet sich an den Reaktionsraumwänden
ab und läuft ebenfalls zu dem am Boden vorgesehenen Austrittsstutzen 16. In diesem
sammelt sich die Schlacke bei @ i7, während -das Gras durch,die Öffnung 18
abzieht und gegebenenfalls nach vorheriger Abscheldung von Festkörpern. zu einem
Abhitzekessel rg gelangt, den es durch die Rohrleitung 2o iin abgekühltem Zustand
verläßt.