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Verfahren und Vorrichttung zur Vergasung von Brennstoffen Es ist bekannt,
stückige Brennstoffe in einem Schacht zu vergasen und ihre hierbei entstehende Schlaclce
flüssig nach unten abzuziehen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt .darin, daß die
Reaktionsgeschwindigkeit bei der hohen Temperaturlage des Vergasungsprozesses außerordentlich
groß ist, d. h. holte Leistungen, auf den Schachtquerschnitt bezogen, bei restloser
Vergasung des Brennstoffes und bester Gasqualität erzielt werden können, und der
flüssige Schlackenabzug gegenüber der Austragung fester Asche sehr einfach ist.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß an den Brennstoff hohe Anforderungen gestellt
werden müssen. Er muß eine große Festigkeit ausweisen, stückig sein, Standfestigkeit
im Feuer besitzen, und er darf nicht zusammenbacken. Bei Anwendung dieses Verfahrens
auf bituminöse Brennstoffe enthält das erzeugte Gas; da der Vergasung eine Schwelung
vorangeht, mehr oder weniger zersetzte gas- und dampfförmige, für viele Verwendungszwecke
des Gases unerwünschte Schwelprodukte, die eine besondere Reinigung erforderlich
machen.
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Es ist bekannt, feinkörnige b7-w. staubförmige Brennstoffe, die zur
Vergasung im üblichen Abstichgaserzeuger ungeeignet sind, zu vergasen, indem Brennstoff
und Vergasungsmittel in oder durch ein feuerflüssiges Filterbad von hocherhitzten
geschmolzenen Stoffen aus verflüssigtenAschebestandteilen des vergasten bzw. zum
Teil verbrannten Brennstoffes geblasen wird. Bei der Vorrichtung
zur
Durchführung dieses Verfahrens münden die zur Zufuhr des Brennstoffes und des Vergasungsmittels
dienenden Düsen tangential in den das Schlackenbad enthaltenden Behälterteil, und
die Strömungsenergie des Vergasungsmittels und des Brennstoffes versetzen die Schlacke
in eine kreisende Bewegung.
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Es wurde nun gefunden, daß durch örtlich getrennte Einführung verschiedener
Vergasungsmittel und des Brennstoffes in das Schlackenbad der Ablauf der verschiedenen
Reaktionen auch im Schlackenbad mehr oder weniger getrennt erfolgen, sicher beherrscht
werden und durch Art und Ort der erwähnten Einführung ein zwangsläufiger Schlackenumlauf
erreicht werden kann. Durch Trennung der Gasräume oberhalb des Schlackenbades lassen
sich nunmehr die bei der Entgasung und der Vergasung des Brennstoffes mit verschiedenen
Vergasungsmitteln entstehenden. gasförmigen Produkte getrennt abziehen und gewinnen.
Vorzugsweise erfolgt die Trennung so, daß mit dem Brennstoff und der Schlacke exotherm
reagierende Vergasungsmittel, z. B. Luft, Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte
Luft, unterhalb des einen Raumes (Erhitzungsraum) eingeblasen, während der Brennstoff
und die endotherm reagierenden Vergasungsmittel, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure,
unterhalb des anderen Raumes (Ent- und Ver-(gasungsraum) eingeführt werden. Die
zwischen bei-,den Räumen kreisende Schlacke dient als Wärmeträger, indem sie im
Erhitzungsraum Wärme aufnimmt und im Ent- und Vergasungsraum diese wieder abgibt.
Der Brennstoff wird hierbei im Ent-und Vergasungsraum ent- und teilweise vergast
und der noch in der Schlacke feinverteilte Bmennstoffrückstand im Erhitzungsraum
vorzugsweise vollständig vergast oder verbrannt. Dementsprechend wird aus demEnt-und'VergasungsraumeinWassergas
(Reichgas) mit nur wenig inerten Bestandteilen und aus dem Erhitzungsraum, je nach
dem verwendeten Vergasungsmittel und der Führung des Vergasungsprozesses, z. B.
bei Luft als Vergasungsmittel, ein Armgas oder Rauchgas abgezogen. Dieses Verfahren
ermöglicht die Herstellung eines hochwertigen Wassergases in kontinuierlichem Betriebe
auch ohne Verwendung von Sauerstoff aus jedem Brennstoff.
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Erfindungsgemäß kann die Bewegung der Schlacke dem Ablauf der Reaktionen
innerhalb der Schlacke und den Eigenschaften des Brennstoffes durch die Art der
Einführung der Vergasungsmittel und des Brennstoffes angepaßt werden. Bei hohem
Gehalt an flüchtigen Bestandteilen des Brennstoffes läßt man zweckmäßig die Schlacke
in beiden Räumen von unten nach oben strömen und führt die Vergasungsmittel und
den Brennstoff am Boden oder durch die Seitenwände des Vergasers unten ein. Es kann
z. B. aber auch vorteilhaft sein, die Schlacke im Vergasungsraum von oben nach unten
strömen zu lassen und den. Brennstoff dort über oder unmittelbar unterhalb des Schlackenspiegels
einzuführen. In beiden Fällen kann durch Anordnung von entsprechenden Verbindungskanälen
oder von Öffnungen in der die beiden Räume trennenden Wand eine zwangsläufige Schlackenbewegung.
erreicht werden. Unter den vielen möglichen Bewegungsformen der Schlacke zwischen
Erhitzungs-und Vergasungsraum ist wegen ihrer Einfachheit diejenige noch bemerkenswert,
.bei der die Schlacke im wesentlichen in der Schlackenwanne unterhalb der durch
eine Wand getrennten und von der Schlacke nicht erfüllten Räume horizontal im Kreislauf
geführt wird.
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Der Brennstoff kann getrennt oder gemeinsam mit den Vergasungsmitteln
in das Schlackenbad gefördert werden. Mitunter ist es wirtschaftlicher, grubenfeuchte
oder nur zum Teil vorgetrocknete Brennstoffe zu benutzen. Bei deren Eintritt in
die flüssige Schlacke verdampft das Wasser explosionsartig, und der Brennstoff zerfällt
in kleinste Teilchen. Der hierbei gebildete Wasserdampf ist das oder eines der Vergasungsmittel.
Vorzugsweise wird der Brennstoff so feucht in das Schlackenbad eingeführt, daß sein
Wassergehalt für die Wassergasreaktion ausreichend ist, die zu der gewünschten Güte
oder Zusammensetzung des Reichgases oder dem gewünschten Vergasungsgrad des Brennstoffes
im Vergasungsraum führt.
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Die hohe Temperatur der Schlacke bedingt eine hohe Abzugstemperatur
der erzeugten Gase. Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
.durch die Vorwärmung der Vergasungsmittel wesentlich gesteigert. In Wärmeaustauschern
wird daher die fühlbare Wärme der erzeugten Gase zum Teil für die Vorwärmung der
Vergasungsmittel ausgenutzt. Der andere Teil dieser Wärme kann zur Dampferzeugung,
Trocknung des Brennstoffes :u. a. verwendet werden.
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Außer der Vergasung des Brennstoffes können gemäß der Erfindung auch
Brennstoffe in der flüssigen Schlacke gespalten werden. Dabei ist es einerlei, ob
diese Brennstoffe gasförmig, flüssig oder fest sind. Die Sp,a tuT ng kann neben
der-Vergasung durchgeführt werden, indem der zu spaltende Brennstoff und .der Vergasungsbrennstoff
in den Ent- und Vergasungsraum gebracht werden., in dem sich innerhalb der Schlacke
Spaltung und Vergasung vollziehen. Kohlenstoffabscheidungen .des Spaltbrennstoffes
in der flüssigen Schlacke sind durch Einblasen von Dampf, Kohlensäure oder Sauerstoff
vermeidbar. Die Spaltung ist bei der hohen Temperatur der Schlacke praktisch vollkommen.
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In dem Maße wie sich aus der Asche des Brennstoffes Schlacke bildet,
wird sie .durch einen Überlauf kontinuierlich oder durch eine Abstichöffnung periodisch
abgezogen. Sie kann granuliert oder in Formen gegossen und dann als Baustoff verwendet
werden. Man kann gegebenenfalls durch Zusätze geeigneter mineralischer Stoffe in
das. flüssige Schlackenbad ihre Zusammensetzung, Beschaffenheit und Eigenschaften
verbessern, so daß. sie als hochwertiger Baustoff oder als Rohstoff für die Baustoffindustrie
zu verwenden ist. Für den Vergasungsprozeß selbst kann es in Einzelfällen vorteilhaft
sein, die Beschaffenheit .der Schlacke durch
solche Zusätze zu beeinflussen,
z. B. ihren Schmelzpunkt zu erniedrigen oder ihre Viskosität zu erhöhen.
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Durch Kombination der erfindungsgemäß, gegebenen Möglichkeiten läßt
sich die Erzeugung von Energie in Form von Gas und Dampf in einer Anlage vereinigen,
da Gas- und Dampferzeugung in weiten Grenzen durch Veränderung-des Vergasungsgrades
geregelt werden können. Durch geringere Vergasung des Brennstoffes im Vergasungsraum
steht mehr Brennstoffrückstand für seine Verbrennung im Erhitzungsraum zur Verfügung,
so daß der Betrieb mehr auf die Dampferzeugung verlagert werden kann. Damit sind
keineswegs die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens erschöpft. Die erwähnten Beispiele
mögen nur zeigen, daß durch sinnvolle Zusammenlegung verschiedener Produktionszweige,
die bisher wegen der verschiedenen Anforderungen an Brennstoff und Rohstoffe bei
der Durchführung bekannter Verfahren nicht möglich war, neben einer Senkung der
Rohstoffkosten auch erhebliche Ersparnisse an Anlage- und Bedienungskosten erzielbar
sind.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine
Vergasungseinrichtung im Längsschnitt mit einem Vergasungsraum, in dem der Brennstoff
mit überwiegend exotherm reagierenden Vergasungsmitteln in seiner flüssigen Schlacke
vergast wird.
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In einem Schacht i (Fig. i) befindet sich flüssige Schlacke 2, in
die durch eine Staubpumpe 3 feinkörniger oder staubförmiger Brennstoff gefördert
wird. Am Boden des Schachtes sind Düsen 4 für die Einführung der Vergasungsmittel
angeordnet. Die Aufgabe des Brennstoffes erfolgt bei 5, und seine Förderung wird
unterstützt durch Einblasen eines Fördermittels unter Druck bei 6. Als Fördermittel
dient entweder das Vergasungsmittel selbst, komprimiertes Produktionsgas oder ein
Fremdgas. Die Vergasungsmittel, vorwiegend mit dem Brennstoff exotherm reagierung,
treten kalt oder vorgewärmt durch Rohr 7 in Pfeilrichtung 8 in den Vergasungsmittelkasten
9 ein, von dem die Düsen 4 abgehen. Durch die hohe Geschwindigkeit, mit der die
Vergasungsmittel und der Brennstoff in die Schlacke eintreten, sowie durch die Anordnung
der Düsen 4 über nur einen Teil der Bodenfläche des Schachtes wird neben einer innigen
Durchwirbelung von Vergasungsmitteln, Brennstoff und Schlacke auch eine kreisende
Bewegung .des Schlackenbades erreicht, die durch Pfeil io angedeutet ist. Im aufsteigenden
Ast dieser Bewegung erfolgt die Ent- und Vergasung des Brennstoffes. Das erzeugte
Gas tritt durch Rohr i i aus dem Schacht aus. Die neugebildete Schlacke wird .durch
einen in der Figur nicht dargestellten Überlauf kontinuierlich oder durch eine Abstichöffnung
periodisch abgezogen.
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Fig. 2 und 3 zeigen eine Vergasungseinrichtung im Längsschnitt und
Querschnitt A-B, in der die Schlacke über einen Erhitzungsraum und einen Ent-und
Vergasungsraum zwangsläufig durch Verbindungskanäle im Kreislauf geführt wird, wobei
die Erhitzung der Schlacke und die Ent- und Vergas.ung des Brennstoffes im senkrechten
Schlackenstrom von unten nach oben erfolgt.
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Der Erhitzungs.raum ja ist mit dem Vergasungsraum ib durch Kanäle
12 und 13 verbunden. Der Kanal 12 beginnt unterhalb des Spiegels der Schlacke 2a
im Erbitzungsraum und mündet in den Vergasungsraum oberhalb des Bodens, während
der Kanal 13 unterhalb des Spiegels der Schlacke 2b an den Vergasungsraum
irb angeschlossen ist und in den Erhitzungsraum ia in Höhe seines Bodens einmündet.
Die Brennstoffpumpe 3 ist an den Vergasungsraum angeschlossen. Die Düsen 4 für die
Vergasungsmittel befinden sich im Boden des@ Erhitzungsraumes. Die in beiden Räumen
erzeugten Gase werden durch die Stutzen i ia und i ib getrennt abgezogen. Durch
die Strömungsenergie des Vergasungsmittels wird zwischen den beiden Räumen über
die Kanäle ein zwangsl.äufiiger Schlackenumlauf erreicht.
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In Fil,-,. 4 und 5 ist eine Vergasungseinrichtung im Längs- und Querschnitt
C-D dargestellt mit einem Erhitzungs- und einem Ent- und Vergasungsraum, die über
der gemeinsamen Schlackenwanne oberhalb des Schlackenspiegels durch eine Wand getrennt
sind und in denen Erhitzung der Schlacke und Ent-und Vergasung des Brennstoffes
in von unten nach oben strömender Schlacke vorgenommen wird, wobei sich der Kreislauf
der Schlacke innerhalb einer Wanne frei ausbildet.
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Der Erhitzungsraum ja ist vom Vergasungsraum ib durch eine Wand 16
getrennt, die unterhalb des Schlackenspiegels endet, so ,daß die gasgefüllten Räume
voneinander getrennt sind, die Schlacke selbst aber ungehindert von einem Raum.
zum anderen in der über beide Räume sich erstreckenden Schlackenwanne 2a und 2b
fließen kann. Die Düsen für die Einführung der Vergasungsmittel und des Brennstoffes
befinden sich am Boden der Schlackenwanne. Die Lage dieser Düsen zueinander ist
so gewählt, daß sich in der Schlackenwanne ein Schlackenumlauf ausbildet; der in
den Figuren durch Pfeile veranschaulicht ist. Auch hier erfolgt die Erhitzung der
Schlacke und die Ent- und Vergasung des Brennstoffes wie im vorhergehenden Beispiel
im aufsteigenden Schlackenstrom.
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Fig. 6 gibt eine Vergasungseinrichtung im Längsschnitt wieder, bei
der zwangsläufig durch Kanäle zwischen Erhitzungsraum und Ent- und Vergasungsraum
die Schlacke im Kreislauf geführt und ihre Erhitzung im aufsteigenden und die Ent-
und Vergasung im absteigenden Schlackenstrom erfolgt.
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Der Kanal 17 verbindet den Erhitzungsraum ja mit dem Ent- und Vergasungsraum
ib unterhalb des Schlackenspiegels .und der Kanal i8 die beiden Räume an ihren unteren
Enden. Der Brennstoff und gegebenenfalls ein Vergasungsmittel werden in den Vergasungsraum
in Höhe des Schlackenspiegls oder unterhalb, eingeführt. In den Erhitzungsraum,
werden die Vergasungsmittel durch den Boden eingeblasen. Hierdurch, erfolgt ein
zwangsläufiger Schlackenumlauf zwischen beiden Räumen, wobei
die
Erhitzung der Schlacke im aufsteigenden und die Ent- und Vergasung des Brennstoffes
im- absteigenden Schlackenstrom stattfindet.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine Vergasungseinrichtung im Längsschnitt mit
Einrichtung zur Vorwärmung des Vergasungsmittels, Dampferzeugung und Vertrocknung
des Brennstoffes, und im Querschnitt durch die Schlackenwanne, in .der die Schlacke
im. wesentlichen horizontal im Kreislauf zwischen Erhitzungs- und Ent- und Vergasungsraum
geführt wird. -Hier ist ein Erhitzungsraum ja und ein Ent- und Vergasungsraum. ib
vorgesehen, deren gemeinsame Schlackenwanne 2a-2b sich über beide Räume erstreckt.
Der Brennstoff wird in den Vergasungsraum durch die Staubpumpen 3 gefördert. Die
Vergasungsmittel werden durch die Düsen ig in die Schlacke 2a eingeblasen. Die Düsen
für den Brennstoff und die Vergasungsmittel münden schräg nach unten und schräg
zur Bewegungsrichtung der Schlacke, die durch Pfeile in Fig. 8 angedeutet ist, in
die Schlackenwanne ein. Dadurch wird eine kräftige Durchwirbelung von Brennstoff,
Schlacke und Vergasungsmittel erreicht und der Schlackenumlauf aufrechterhalten.
Der Vergaser ist als Strahlungskanal ausgebildet. Seine Wände sind durch Wasserrohre
gekühlt, die in Obertrommeln 2o und 21 münden. Kühlroste 22, 23 und 24, 215,
die quer durch den Erhitzungsraum und- den Ent- und Vergasungsraum gelegt sind,
sollen die erzeugten Gase soweit herunterkühlen, d:aß die in Dampfform mit den Gasen
abgeführten leicht flüchtigen Schlackenbestandteile erstarren. Der erzeugte Dampf
wird -durch einen LTberhitzer 26 geleitet, der mit dem Dampfsammler 27 in Verbindung
steht. Durch Leitung z8 wird der hochgespannte, überhitzte Wasserdampf zu den Verbrauchsstellen
geführt. Die fühlbare Wärme der durch die Abgänge iia und iib abziehenden Gase wild
weiter ausgenutzt, wie durch ein Beispiel erläutert werden soll.
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Grubenfeuchte, durch ein Stachelwalzwerk vorgebrochene Rohbraunkohle
wird durch ein Bad 29 dem Bunker 30 zugeführt. Von diesem wird Rohbraunkohle
.dem Trockenrohr 31 aufgegeben, in welchem sie durch das aus dem Ent- und Vergasungsraum
ib abziehende heiße Gas in bekannter Weise in der Schwebe bis auf etwa 16% Wassergehalt
vorgetrocknet wird. Nach Abscheidung der Kohle in einem nachgeordneten Staub:abscheider
32 gelangt sie in den Vorratsbunker 33,. Dias Gas wird vom Staubabscheider durch
Leitung 34 nach einem Waschher 35 geführt. Aus diesem kann nunmehr das von Wasser,
Dampf und Staub befreite Gas über 36 nach den Verbrauchsstellen geleitet werden.
Zur Vermeidung einer Überhitzung der Kohle im Trockenrohr und zur Regelung des:
Trockenvorganges wird aus Leitung 34 durch ein Gebläse 37 ein Teilstrom kühles Gas
dem heißen Gas in Leitung iib zugeführt. Vom Vorratsbunker 33 fördern die Staubpumpen
3 die vorgetrocknete Kohle in die Schlacke2b, in der sie entgast und zum Teil durch
den aus der Feuchtigkeit der Kohle sich bildenden Wasserdampf vergast wird. Der
in der Schlacke dann verbleibende Brennstoffrückstand gelangt nun mit der Schlacke
in den Schlackenraum 2a, in dem er durch hocherhitzte Luft, die durch die Düsen
i9 in die Schlacke eingeblasen wird, vollständig verbrannt `wird. Das Rauchgas zieht
durch den Erhitzungsraum, gibt dort hauptsächlich durch Strahlung einen Teil seiner
fühlbaren Wärme an die Kühlwände ab und wird über Leitung ija in Regeneratoren (Cowpern)
38 geführt, in denen es seine restliche fühlbare Wärme abgibt. Ein Schornstein 39
leitet das Rauchgas ins Freie. Bekanntlich arbeiten die Regeneratoren im Wechselstrom:
Während ein Regenerator heiß geblasen wird, erfolgt. in einem zweiten das Kaltblasen.
Inder Fig. 7 ist nur ein Regenerator dargestellt. Sein Kaltblasen erfolgt mit Luft,
die durch ein Gebläse 4o über eine Leitung 41 in .den Regenerator 38 geführt wird',
in dem sie die im Gitterwerk bei der Heiß.blasperiode aufgespeicherte Wärme aufnimmt.
Über eine Leitung 42 gelangt die Heißluft nunmehr zum Sammelkanal 43, von dem die
Düsen i9 abgehen. Auf i t vorgetrockneter Kohle mit einem Feuc'htigkeits, gehalt
von 16% werden i2oo Nm3 Wassergas mit einer Konzentration der Gasbestandteile C
O -E- H2 von etwa 98% erzeugt, daneben etwa i t Dampf (6o atü, 45o°). Durch den
Grad der Vortrocknung kann .die Gas- und Dampfausbeute verändert werden.
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Der Weg des Vergasungsmittels in der Schlacke muß so: lang bemessen
sein, daß .die Reaktion zwischen Brennstoff und Vergasungsmittel am Ende dieses
Weges beendet ist. Außer der Geschwindigkeit des in das Schlackenbad eintretenden
Vergasungsmittels und der Höhe des, Schlackenbades ist der Durchmesser, die Form
und der Eintrittsort sowie die Eintrittsrichtung der Düsen von besonderer Bedeutung.
Außerdem haben die Düsen noch . die Aufgabe, das Vergaeungsmittel so in das Schlackenbad
einzuführen, daß deren Bewegungsimpuls ganz oder zum Teil auf das Schlackenbad übertragen
wird und ein Schlackenkreislauf aufrechterhalten wird.
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In Fig. 9 und io sind zwei verschiedene Formen der Düsen für die Einführung
des Vergasungsmittels in das Schlackenbad dargestellt.
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Die Düsen für die Vergasungsmittel, den Brennstoff, die Erze und Zuschläge
u. a. können an der Seitenwand oder/und am Boden der Schlackenwanne angeordnet sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 münden die Düsen 14 horizontal in das Schlackenbad
2. Von oben gesehen ist ihre Mündungsrichtung ähnlich wie die der in Fig.8 dargestellten
Düsen i9. Die Düsen 45 (vgl. Fig. io) sind am Boden der Schlackenwanne angeordnet
und münden in das Schlackenbad :2 schräg ein, wodurch eine Schlackenbewegung in
Pfeilrichtung erzielt wird.