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Verfahren zur stetigen schlackenfreien Vergasung von Koks Die Erfindung
betrifft ein, Verfahren zur stetigen. sch.larkenfreien Vergasung von Koks und ist
vorzugsweise zur Erzeugung von Generato@rgas mit reichlichem Zusatz von Wassergas
bes.timnmt.
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Bei der Erhitzung des Kokses sind die beiden brenntechnischen Eigenschaften
des Kokses zu beachten, wonach der Koks. von allen Brennstoffen die höchste Entzündungstemperatur
und die kleinste B[renngeschwinidigkeit besitzt. Dieser letzteren. Bedingung ist
bei bekannten[ Koksvergasungen nicht genügt, vielmehr hat die angewendete starke
Luftzufuhr zur Folge, daß die bei der, Vergasung des Kokses übrigbleibenden krümeligen
mineralischen; Bestandteile unter Einfl:uß der Weißglut und des Sauerstoffes eine
zusammengeschmolzene Masse, denn Schlackenkuchen, bil-deni. Diese Schlacken: erschweren
die weitere Durchströmung des Koksbette;s mit Luft und beeinflussen den Gasprozeß
schädlich. Zur Behebung dieses Mißstandes wird der Luft Wasserdampf, der gegebenenfalls
überhitzt ist, zugesetzt, um die gebildeten Schlacken zu granulieren und den Rost
gegen unzulässige Verschmierung zu schützen. Diese Abkühdunng des Koksbettes begünstigt
jedoch die Bildung von C02 und setzt dem. Gas umersetzten Wasserdampf zu, wodurch
die Wertigkeit des Gases. absinkt.
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Die E,rfindüng vermeidet sowohl bei der A.ufheizung des Kokses als
auch bei seiner anschIießenden Vergasung die schädliche Schlackenbildung. Beide
Vorgänge werden räumlich voneinander geschieden und betrieblich geitrennt durchgeführt,
so daß sowohl bei der Aufheizung das. Kokses als auch bei seiner nachfolgenden Vergasung
ein Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
Demgemäß
besteht die Erfindung darin, daß der Koks in: einem denn Gaserzeuger vorgeschalteten
Aufheizschacht durch Durchleiten heißer Verbrennungsgase auf Weißglut (über iooo°)
erhitzt wird und anschließend in einem im unteren Teil von einem aufrecht stehenden
großflächigen Rost begrenzten Verga,sungs:schacht mit vorgewärmter Luft und überhitztem
Dampf vergast wird, in dem der Koks durch Abstimmen. der Vergasungsmittelmengen
auf einer Temperatur von 80o bis iooo° gehalten wird'.
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Bei der, Erzeugung von Wassergas. ist die Außen.-beheizung des Vergasungsgutes
durch Freim.dwärme in einem dem Wasisergaserzeuger vorgeschalteten Aufheizschacht
bereits vorgeschlagen, aber für den Wassergasprozeß als ungeeignet bezeichnet worden:,
weil mittels der Außenbeheizung nur eine geringe Wärmemenge in den wärmeverbrauchenden.
Was.serga:sprozeß eingebracht werden, kann. Nach der Erfindun.g wird dem Koks, in.
dem Aufheizschacht die für das schlackenfreie Erhitzen auf Weißglut und die anschließende
ebenfalls schlackenfreie Vergasung erforderliche Wärmemenge nicht durch Auße.nbeheizung
des Schachtes, sondern durch Durchleiten heißer Verbrennungsgase durch die Koksfüllung
zugeführt.
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Die Aufheizung des Kokses auf Weißglut erfolgt in einem steil gestellten,
zum Vergasesch@acht führenden Aufhedzraum. Die Vergasung -des au@fgeh#-izten Kokses
in dem anschließenden Vergaseschacht erfährt erfindungsgemäß geg;niiber bekannten:
Verfahren., die mit großer Windgeschwindigkeit arbeiten, eine grundsätzliche Änderung.
Der praktische Vergasungsprozeß im @a.s@rz°uger verlangt .eine genügende Gasausbeute
in der Zeiteinheit.. Die bekannten Verfahren. wenden. zur Erreichung dieses Zieles
hohe Windgesch-,vindigkei:ten an, womit sie jedoch gegen: die Grundeigenschaft des
Kokses, dessen kleine Brenngeschwindigkeit, verstoßen und damit die vorgezeichneten
Betriebsnachteile der Schlackenbildung und ihrer Folgen in Kauf nehmen müssen. Außerdem
ist bekannt, daß für die Einstellung der Gleichgewichte der Gassysteme mehr Zeit
erforderlich ist, als ihnen beim Durchstreichen des Gaserzeugers bei der hohen Windgeschwindigkeit
zur Verfügung steht, so daß auch aus diesem Grund die Güte des Generatorgases leiden
muß.
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Durch die erfinidiungsgemäß getrennte Aufheizung des Kokses vor seiner
Vergasung gelangt der Koks bereits mit reaktionisfähiger Temperatur in die Vergasezone,
so daß es hier möglich wird, eine lediglich für, die Vergasung :des. Kokses günstige
Windgeschwindigkeiit aufrechtzuerhalten.
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Bei diesem verbesserten Betriebsvorgang erkennt das Verfahren in dem
Vorheizen der einzelnen Agens, Koks, Luft und Dampf auf ihre Reaktionstemperaturen
ein Mittel, um den steten Ablauf der Reaktionen: auf das wärmz#wirtschaftl:ichste
durchzuführen, indem ein: abgestimmtes und r:@ge-Ibares Gemisch von heißer Luft
und heißem D:amf im; den auf erhitzten Koks geleitet wird. Je nach der Temperatur
und! der eingestellten Steuerung des Gemisches. von Luft und Dampf kann, der Heizwert
des Luftgases. CO mit dem Zusatz von Wa,sserga:s geändert werden. Bei d°r Bildung
von Luftgas und von Wassergas aus Koks ergeben sich folgende Wärmereaktionen:
| I. 2 C - 02 = 2 C O -f- 58 60o kcal |
| 24 kg 32 kg - . 56 kg |
| 1I. 2 C -.!- 2 H2 O = 2C0 -@- 2 H2 - 56 60o kcal |
| 24 kg -i- 36 kg = 56 kg .+ _ 4 kg |
| aus I. und Il. 48 kg r12 kg -?-- 4 kg + 2 ooo kcal |
Die Reaktion I isst wärmeerzeuglIud, die Reaktion II wärmeverbrauchend, und beide
können in ihrem gegenseitigen Wärmeablauf als Gegensp4eler in dem Ablauf der Reaktionen
wirken.
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Bei dieser Gaserzeugung auf .der Basis des glühenden. Kokses wird
somit lediglich seine Substanz aufgezehrt, aber nicht seine Temperatur für den.
end'othermen Prozeß in der Wassergaserzeugung in Anispruch genommen, so da.ß der
Koks in, der Vergasezone seine konstante Temperatur ven 80o bis iooo° beibehält,
zum Unterschied von bekannten. Anordnungen und Verfahren. -Die Zeichnung zeigt in
ver:einifachter Darstellung ein -,äusführungsb°!ispiel der Einrichtung - zur Durchführung
des Verfahrens.
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Aus einem steil gestellten:, durch Fremdwärme beheizt:ni _@ufheizkarnal
a, in den der Koks durch die Schleuise i gelangt, rutscht der erhitzte Koks stetig
in, den: Vergaserattm 3, wo er sich an den Wandungen aufbösch t. Bei größeren Schachtabmessungen
empfiehlt es sich, zur Erzielung einer gleichmäßigen Aufschüttung in dem Raum 3
mehrere Aufheizkanäle vorzusehen. Die Erhitzung des Kokses erfoilgt gemäß der Zeichnung
mittels heißer, durch Verbrennung eines Inidihst:riegases, mit Luft erzeugter Verbrennungsgase,
die durch Brenner 4 in den Aufhe.izraum 2 geleitet werden. Die Brenner 4 sind derart
einzustellen, daß die beigefügte Luft von dem Industriegas aufgezehrt wird und der
Koks durch die heißen Verbrennungsgase auf etwa 1200°' aufgeheizt wird. Da der glühende
Koks bei der so durchgeführten: Aufheizung mit keinem freien. Sauerstoff in: Berührung
kommt, können, sich auch keine Schilacken im Aufheizrau:m bilden; die Vergasezonz
i.m. S.chacht 3 wird also stetig mit schlackenfreiem Koks beschickt,
Die
Vergasung des hochtemperierten Kokses erfolgt in der Vergasezone des Schachtes 3,
welcher durch aufrecht stehende Roste 5 begrenzt ist. Da dieser seitliche Rost 5
nur die horizon=tale Druckkomponente des. Koksgewichtes aufzufangen hat, können,
die Roststäbe zwecks Erzielung einer günstigen Abkühlungsfläche dünn u=nd lang ausgestreckt
gehalten werden. Dieser aufrecht stehende Rost strah=lt in horizontaler Richtung
eine große Wärm--menge aus, die durch den Vorbau i i abgefangen und von der :durchstreichenden.
Luft aufgenommen wird. In diesen Wärmefang führen die Rohre 12 hocherhitzten. Dampf
von etwa 5o0° und' die Rohre, 13 vorerwärmte Luft von etwa 5oo'° zu, so daß sich
beide, Dampf und Luft, in:nerllalb des Wärmefanges mischen und hier eine weitere
Temperaturerhöhung erfahren. Die abzustimmenden Mengen Dampf und Luft werden jeweils
durch die Regler 14 eingesteillt,derart, .daß die Kokstemperatur am Rost nicht unter
8oo°' fällt und nicht über iooöl steigt, womit das. Koksbett an diesen Ablauf der
Reaktion keine Wärme abgibt, vielmehr durc=h seine konstante Temperatur den, steten.
Ablauf der beiden Reaktionen sicherstellt.
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Damit im inneren Koksbett keine tote Kernzone entsteht, wird. in das
Innere der Koksmasse durch das Rohr 7 mit den Öffnun=gen 8 :das gleiche Gemisch
(Da=mpf, Luft) in den Koks eingeleitet, so daß auch hier eine Temperatur zwischen
8oo und 1010o1' herrschst.
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Bei der mannigfach möglichen: Einstellung- der Gleichgewichte der
verschiedenen Gase Co, C o2' OZ, H", N2 und HZO ist es je nach der Koksbeschaffenheit
nicht ausgeschlossen, daß sich an. dem Rast auch C 02 Gase bilden.. Die hohe Temperatur
der zuoberst gelagerten heißen Koksschicht, welche die CO.-Gase und. auch der 11,0-Dampf
durchziehen müssen, begünstigt jedo=ch eine Reid.uktion. zu C O und Spaltung des
Dampfes.
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Vermöge der besonderen Brenneigenschaft des Kokses, im Feuer seine
Stückigkeit zu behalten:, ist es möglich, ein mäßiges Durchrütteln: der Koksmasse
vorzunehmen, um das Durchsickern der Asche zu erzielen. Als Beispiel einer solchen
Anoirdnung s=ind in der Abbildung auf der Drehrostfläclie 6 verteilte Nocken 9 angedeutet,
welche ein sanftes Anheben und plötzliches Fallenlassen des Kokses bezwecken und
durch die Stoßerschütterungen die zwischen den Koksstücken sich bildende Asche zum
5ürchfallen auf den Rost bringen, wo sie ausgetragen wird.
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Sofern die erzeugten Brenngase C O und H2 unmittelbar zur Wärmebildung
durch Zweitlu=ft verbira.nnt werden sollen., ist dieselbe auf rund 60o° als Zündtemperatur
der beiden Gase vorzuwärmen. Diese vorgewärmte Zweitluft wird in einen Ringkanal
i10 unter Druck eingeführt und strömt aus einer größeren Zahl Düsen in den Verbrennungsraum,
derart, daß die Zweiduft in mehreren Schichten übereinander eine durchwirbelte Luftdecke
bildet, durch welche die Brenng=ase hindurchziehen, müssen, und eine weitgehende
Verbrennung zu C02 und 1120 erfahren. In diesem Verb:rennungsvorgang ist d°.r große
Anteil des Wasserstoffgases wegen seiner holen. Zündgeschwindigkeit von Bedeutung.
Während! die Zündgeschwindigkeit der C O-Gase rund 2 m/s beträgt, beträgt die, Zündgeschwindigkeit
des Wasserstoffgases 12 m/s, was sich vorteilhaft auf den Verbrennungsvorgang auswi
rkt.
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Zur betrieblichen Überwachung der einzuhaltenden Temperaturen sind
zwei Meßstellen T erforderlich, um die Temperatur des aus dem Aufheizkanal 2 eingebrachten
heißen Kokses mit etwa 1200'° und des vor dem Rost 5 liegenden Kokses mit iooo°
unter Kontrolle zu halten.
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Das am Beispiel eines Gaserzeugeris erläuterte Verfahren dr schlackenfreien
Koksvergasung gilt sinngemäß für die Rostfeuerung für industriellen Wärmebedarf,
weil sich auch hier jene die Schlackernhildung hervorrufenden Ursachen in erhöhtem
Maße auswirken, indem auf dem Rost ein Kong'lom°rat entsteht von aufgeschütteter
kalter Kohle, ausgetriehenen und leicht entzündlichen Stoffen, glü=hendem Koks a,1,
s, der entgasten Kohle, Erstluft, Zweitluft, Luftüberschuß, CO-Gasen und schließlich
entweichenden CO.-Gasen, ein Durcheinander mit gegenseibigen Ein=wirkungen, das
durch keine straffe Luftsteuerung erfaßt werden kann. So leitet Prof. Dr. M a,rca.rd
in seinem Buch Rostfeuerungen das Kapitel »Der Zünd.- un=d Verbrennungsvorgang auf
Ros:tfeu-'rungen.« mit den Worten ein: Leider ist unsere K°nntnis der Einzelvorgänge
beim Zünden und Verbrennen von Brennstoffen noch sehr gering. Das hängt damit zusammen,
daß Zünden. und Verbrennen keine einfachen Vorgänge sind, die nach leicht erkennbaren
Gesetzen ablaufen ...
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Es wird nur eine Frage der Zeit sein., bis zu welc=her die Vergasung
des Kokses zu einem Starkgas sei=ne Verwendung auch für Dampfanlagen rechtfertigt,
so, daß der Industrie aus ein und derselben Generatorgasanlage nicht nur die Wärme
zur Dampfbereitung, sondern zugleich ein Starkgas für die mannigfachen Verwendungen
des Betriebes zur Verfügung steht.
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Durch die v:or'beschriebenen Kennzeichen der Erfindung, die stetige
Zufuhr einer auf Reaktiomistemperatur erhitzten Koksmasse und die großflächige Ste-ilrotstbeigrenzung
für die Vergasezone, wird die Grundlage für ein neues Generatorgasverfahren. gebildet,
bei welchem durch abgemesspene Mischung von Luft und Dampf in weiten Grenzen ein
an Wassergas angereichertes Generatorgas erzeugt werden kann, womit gegenüber bekannten
Verfahren betriebliche und wärmewirtschaftliche Vorteile erreicht werden. Ein mit
Wassergas stark angereichertes Generatorgas hat aber nicht nur für den gesamten
Wärmebedarf der Industrie erhebliche Bedeutung, sondern «-irl auch die Gaswirtschaft
be=rühren, da es die Möglichkeit bietet, den anfallenden Koks in ein dem Stadtgas
zumischbares Gas umzuwandeln.
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Das Verfahren der schlackenfreien Vergasung ist für den reaktionsträgen
Steinkohlenkoks erläutert, da sich hierbei die betrieblichen Schwierigkeiten
besonders
abzeichnen. Jedoch ist es mit S.II1I1-gemäßer Berücksichtigung der Temperaturen
und Sondereigenschaften auch für die reaktionsfreudigen Braunkohlenprodukte anwendbar.