DE914048C - Verfahren zur Herstellung von Wassergas oder Synthesegas - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Wassergas oder Synthesegas

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DE914048C
DE914048C DEN2131A DEN0002131A DE914048C DE 914048 C DE914048 C DE 914048C DE N2131 A DEN2131 A DE N2131A DE N0002131 A DEN0002131 A DE N0002131A DE 914048 C DE914048 C DE 914048C
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DE
Germany
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gas
regenerator
gases
steam
gas generator
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DEN2131A
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Michael Steinschlaeger
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ALFRED WILLIAM NEWBERY
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ALFRED WILLIAM NEWBERY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Wassergas oder Synthesegas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wassergas oder Synthesegas.
  • Bei dem Verfahren der Wassergaserzeugung im Wechselbetrieb wird sehr viel Zeit und eine große Menge hochwertigen Brennstoffs zur Erhitzung des Gaserzeugers während der Blaseperiode auf die für die Reaktion erforderliche Temperatur benötigt, und damit das Verfahren praktisch durchführbar ist, muß ein bedeutender Temperaturabfall im Brennstoffbett des Gaserzeugers in Kauf genommen werden.
  • Wenn man andererseits ein stetiges Verfahren anwendet, bei dem das Brennstoffbett durch Rückführung von Gas auf die erforderliche Temperatur gebracht wird, hat das den Gaserzeuger verlassende Gas eine sehr hohe Temperatur, besonders wenn Brennstoffe wie Hochtemperaturkoks benutzt werden; auch müssen sehr große Gasmengen zurückgeleitet werden, und eine beträchtliche Menge von hochwertigem Koks wird nicht in Wassergas umgewandelt, sondern in der Asche vorgefunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese .Nachteile zu beseitigen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Wassergas im Wechselbetrieb, bei dem die für die Reaktion mit den festen Brennstoffen im Gaserzeuger und für den Ausgleich der Wärmeverluste erforderliche Wärme erhalten wird: zum einen Teil durch Anwendung eines Regenerators, der durch Blasegase oder Gas aus einer Generatorgaserzeugungsanlage oder einer anderen Quelle erhitzt wird, worauf ein Gemisch aus Wassergas (Rücklaufgas) mit oder ohne Koksofengas oder anderem methanreichem Gas und Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd durch den genannten Regenerator und dann in den Wassergaserzeuger geleitet wird, wobei das den Regenerator durchstreichende Gemisch auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, und zum anderen Teil dadurch, daß der Gaserzeuger von Zeit zu Zeit mit Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen geblasen wird.
  • Selbstverständlich können alle anderen für die Reaktion nötigen Gase dem Gemisch zugefügt werden. Ferner wird, wenn normales Blauwassergas oder wasserstoffreicheres Wassergas hergestellt werden soll, Dampf mit oder ohne Kohlendioxyd ein notwendiger Bestandteil des Gemisches sein, während für den Fall, daß das zu erzeugende Wassergas reich an Kohlenmonoxyd sein soll, Kohlendioxyd mit oder ohne Dampf ein notwendiger Bestandteil ist.
  • Hierdurch erreicht man bei Zulassen der gleichen Temperaturabnahme, wie sie in den bekannten diskontinuierlichen Verfahren üblich ist, ein beträchtliches Anwachsen der Zeit der Gaseperiode; aus diesem Grunde kann man bei dem Verfahren nach der Erfindung eine kleinere Temperaturabnahme in dem Brennstoffbett gestatten und infolgedessen eine beträchtliche Zunahme in der Leistung des Gaserzeugers erzielen.
  • Der in dem Gaserzeuger verwendete Brennstoff ist Kohle, Koks oder ein anderer fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff, vorzugsweise Hochtemperaturkoks, gewünschtenfalls in Mischung mit einem flüssigen kohlenstoffhaltigen Brennstoff. In der Generatorgaserzeugungsanlage kann entweder der gleiche Brennstoff wie im Wassergaserzeuger oder es können andere, feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe verwendet werden.
  • Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung können folgende Abänderungen des gebräuchlichen Verfahrens, die von beträchtlichem Wert sind, vorgenommen werden: i. Wenn eine höhere Temperatur im Gaserzeuger wünschenswert ist und die Blasegase eine sehr große Menge Kohlenmonoxyd enthalten, können diese Blasegase zum Erhitzen des Regenerators verwendet werden.
  • 2. Ist es erstrebenswert, weniger Koks von gröberer Körnung zu benutzen, so kann das Blasen des Gaserzeugers mit einer Mischung von Generatorgas oder anderen verfügbaren Gasen und Luft oder vorerhitzter Luft erfolgen, und die Blasegase, die in diesem Fall reich an Kohlenmonoxyd sind, können zum Erhitzen des Regenerators verwendet werden.
  • 3. Sollte es bei Anwendung normaler Temperatur im Gaserzeuger nötig sein, die Asche zu kühlen, so kann das Rücklaufgas unter Zusatz des für die Reaktion erforderlichen Dampfes über dem Rost in den Gaserzeuger gebracht werden. Diese Maßnahme wird auf alle Fälle in der Periode des Aufwärtsgasens nötig sein, wenn hohe Temperaturen am Rost vermieden werden sollen.
  • q.. Wenn ein Gaserzeuger angewendet wird, bei dem die Asche den Gaserzeuger infolge Anwendung sehr hoher Temperaturen im Gaserzeuger in flüssigem Zustand verläßt, enthalten die Blasegase einen sehr hohen Anteil Kohlenmonoxyd und werden zum Erhitzen des Regenerators benutzt. In diesem Fall ist die Leistung des Gaserzeugers sehr groß, und die Blasegase reichen aus, um zum größeren Teil oder insgesamt die für die Erhitzung des Regenerators erforderliche Wärme zu liefern. Sollten die Blasegase einen zu geringen Heizwert haben, als daß sie die erforderliche hohe Temperatur erzielen könnten, so kann man etwas Wassergas oder andere Gase von hohem Heizwert den Blasegasen zusetzen oder einen Teil der Wärme aus dem Brennstoffbett nehmen.
  • In diesem Fall kann nicht viel von dem Brennstoff mit niedrigem Heizwert verwendet werden, aber der Gesamtverbrauch an Koks ist geringer als bei den bekannten Verfahren. Diese Form der Gaserzeugung ist am besten für die Produktion von Synthesegasen aus methanhaltigen Gasen geeignet.
  • 5. Wenn nicht sehr hohe Temperaturen in dem Regenerator erwünscht sind, kann ein Teil der Wärme zum Vorwärmen der Rücklaufgase dem Brennstoffbett entnommen werden; andererseits kann es vorteilhaft sein, den Gaserzeuger bei einer niedrigeren Temperatur als derjenigen des Rücklaufgases zu blasen, oder es kann wünschenswert sein, die Temperatur des Rücklaufgases während einer Gaseperiode so zu ändern, daß die günstigsten Temperaturen im Regenerator erzielt werden.
  • 6. Wenn Sauerstoff für die Erzeugung von Wassergas oder Synthesegas durch Blasen mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft, benutzt wird, führt die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung zu einer Einsparung an Sauerstoff.
  • 7. Es ist bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung infolge dessen großer Elastizität möglich, solche Gase, wie karburiertes Wassergas, kohlenmonoxy dreiche, wasserstoffreiche, stickstoffreiche usw. Gase und auch Gase mit sehr geringem Gehalt an inerten Bestandteilen günstig herzustellen.
  • Das nach dem Verfahren nach der Erfindung durch Einführen des in dem Regenerator erhitzten Gemisches von Wassergas und Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd in dem Wassergaserzeuger erzeugte Wassergas kann dadurch karburiert werden, daß Öl in das im Gaserzeuger erzeugte Gas, nachdem es diesen verlassen hat, eingeführt wird und für die Verdampfung und/oder Spaltung des Öls ein Teil oder die Gesamtmenge der fühlbaren Wärme des erzeugten Gases und des unzersetzten Dampfes und/oder Kohlendioxyds verwendet wird.
  • Weiter wurde gefunden, daß, wenn bei Ausübung des Verfahrens nach dieser Erfindung für die Erzeugung von karburiertem Wassergas das in dem Gaserzeuger erzeugte - Gas eine hinreichend hohe Temperatur, z. B. oberhalb iooo°, hat, ein Teil des den Gaserzeuger verlassenden Gases zusammen mit Dampf unmittelbar zu dessen Einlaß zurückgeleitet und nur ein entsprechend geringerer Teil über den Regenerator geleitet werden kann.
  • Bei der Herstellung von karburiertem Wassergas nach dem Verfahren dieser Erfindung ist es vorteilhaft, die fühlbare Wärme der erzeugten Gase zu steigern. Dies kann man erreichen, indem man das gesamte Gas oder seinen größeren Teil durch Gasen in nur einer Richtung erzeugt, den Überschuß an Dampf erhöht, die Gase oder einen Teil derselben aus einer verhältnismäßig heißen Zone des Gaserzeugers abzieht oder den Koks vor Beginn der Gaseperiode einbringt und mit den Blasegasen, nötigenfalls unter Zugabe von Sekundärluft, vorwärmt. Wenn erforderlich, können die in dem Gaserzeuger erzeugten Gase in dem Regenerator noch weiter erhitzt werden.
  • Bevor das Rücklaufgas im Regenerator auf die erforderliche Arbeitstemperatur gebracht wird, kann seine fühlbare Wärme zum Vorwärmen der Luft verwendet werden, die in der nächsten Blaseperiode benutzt werden soll.
  • Nach der Erfindung kann auch Synthesegas in einem Blase-, Abwärtsgase- und Aufwärtsgaseperioden umfassenden Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird statt des Gemisches von Wassergas und Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd ein Gemisch eines Kohlenwasserstoffes enthaltenden oder aus ihnen bestehenden Gases oder Dampfes mit Wasserdampf und/oder Kohlensäure durch den genannten Regenerator und dann zu dem Wassergaserzeuger geleitet, den es in Abwärtsrichtung durchzieht, wobei der Durchgang dieses Gemisches durch den Regenerator sie auf eine solche Temperatur erhitzt, daß ein größerer Anteil der Kohlenwasserstoffe in dem Regenerator zersetzt wird. Ein Teil der fühlbaren Wärme des in der Abwärtsgaseperiode erzeugten Gases und des unzersetzten Wasserdampfes und/oder Kohlendioxyds wird in der Aschenschicht des Gaserzeugers gespeichert und für die Überhitzung des Dampfes oder Vorerhitzung der Gase, die man in der nachfolgenden Aufwärtsgase- oder Blaseperiode verwendet, benutzt. Dabei werden dem Regenerator so viel Dampf und/oder Kohlendioxyd zugeführt, daß die Umsetzung mit den Kohlenwasserstoffen im Regenerator vor sich geht und ein mindestens für die Wassergasreaktion im Gaserzeuger ausreichender Überschuß vorhanden ist, und das in der Abwärtsgaseperiode erzeugte Gas und der Dampf und/oder das Kohlendioxyd, die dabei unzersetzt blieben, «erden teilweise oder völlig oberhalb des Rostes aus dem Gaserzeuger abgezogen.
  • Bei Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung erweist es sich in manchen Fällen als vorteilhaft, den Sauerstoff, die Luft oder die anderen sauerstoffhaltigen Gase, die in den Gaserzeuger während einer Blaseperiode eingeblasen «-erden, vorzuwärmen.
  • Die folgenden Beispiele erläutern, wie das Verfahren nach der Erfindung ausgeführt werden kann. Beispiel i o,45 kg Dampf mit einer Temperatur von etwa 1200 werden mit 2,5 cbm Wassergas gemischt, das Gemisch in einem Wärmeaustauscher (der durch vom Gaserzeuger kommendes Rücklaufgas erhitzt worden ist) vorgewärmt und dann einem Regenerator zugeleitet, dessen Temperatur durch Verbrennen von in einer Gaserzeugungsanlage hergestelltem Generatorgas auf 13oo° erhöht worden ist. Das Gemisch von Dampf und Wassergas wird dann in einen Wassergaserzeuger eingeführt. Das erzeugte und das zurückgeleitete Wassergas (insgesamt 3,5 cbm) verläßt den Gaserzeuger bei einer Temperatur von 750' und wird dann auf 15o° gekühlt (die entzogene Wärme wird zum Vorheizen des Rücklaufgases und des Dampfes in dem genannten Wärmetauscher verwendet), und 2,5 cbm Wassergas wurden zurückgeführt. Während der Blaseperiode werden o,6 cbm Luft je Kubikmeter erzeugtes Wassergas angewendet.
  • Es sei bemerkt, daß bei Verwendung einer Gaserzeugungsanlage das Generatorgas mit der hohen Temperatur, mit der es aus der Anlage kommt, angewendet wird und daß die in der Erzeugungsanlage und bei der Verbrennung im Regenerator verwendete Luft mit den Abgasen aus dem Verbrennungsprozeß vorgewärmt wird. Bei Benutzung anderer, kalter Gase werden diese ebenfalls mittels der Abgase vorgewärmt.
  • Der Verbrauch an Koks einer Korngröße oberhalb 38mm (Heizwert 715okcal/kg) beträgt 31okg, zusätzlich zu 21o kg Koks einer Korngröße unter 25 mm (Heizwert 540o kcal/kg) auf iooo cbm erzeugtes Blauwassergas, während die Leistung des Gaserzeugers beträchtlich erhöht ist. Beispiel e o,5 kg Dampf mit einer Temperatur von etwa 1500 werden mit 2 cbm Wassergas gemischt und das Gemisch in einem Regenerator erhitzt, dessen Temperatur durch Verbrennen von in einer Gaserzeugungsanlage hergestelltem Generatorgas auf Mooa gesteigert worden ist. Das Gemisch von Dampf und Wassergas wird dann in einen Wassergaserzeuger eingeführt. Das erzeugte und das zurückgeleitete Wassergas (zusammen 3 cbm) verläßt den Gaserzeuger bei einer Temperatur von 450' und wird dann auf 15o bis 2oo° gekühlt (die entzogene Wärme wird zur Erzeugung von Dampf und elektrischem Strom für das Verfahren verwendet), und 2 cbm Wassergas werden zurückgeführt. Während der Blaseperiode werden 0,45 cbm Luft je Kubikmeter Wassergas verbraucht.
  • Der Verbrauch an Koks einer Korngröße oberhalb 38 mm beträgt 265 kg, zusätzlich zu 235 kg Koks einer Korngröße unter 25 mm je iooo cbm erzeugtes Wassergas, während 'die Leistung des Gaserzeugers beträchtlich erhöht ist.
  • Die Stelle, an der die Gase den Gaserzeuger verlassen, kann je nach der erforderlichen Temperatur gewählt werden. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, einen Teil der den Gaserzeuger verlassenden Gase an Stellen zu entfernen, wo die Temperaturen höher sind als am oberen Ende oder am Boden des Gaserzeugers. Das gleiche trifft auf den Regenerator hinsichtlich der Regulierung der Vorwärmtemperaturen für Rücklaufgas und Luft zu.
  • Bei der Erzeugung von Synthesegas ist es vorteilhaft, in der Abwärtsgaseperiode möglichst viel Wärme in der Asche und der Schlacke zu speichern, so daß in der folgenden Aufwärtsgase- oder Blaseperigde die so gespeicherte Wärme vom Dampf oder von dem Rücklaufgas und dem Dampf oder von der zum Blasen erforderlichen Luft aufgenommen wird. Der Koks wird vorzugsweise eingeführt, bevor die Aufwärtsgaseperiode beginnt, so daß der Koks teilweise oder ganz von dem den Gaserzeuger verlassenden Gas vorerhitzt wird. Die Vorerhitzung des Kokses auf noch höhere Temperaturen kann mit den die Reaktionszone verlassenden Blasegasen (erforderlichenfalls unter Zufügung von Sekundärluft) bewirkt werden. Die Temperatur des den Gaserzeuger verlassenden Gases kann durch das Mengenverhältnis zwischen den in den Abwärts- und den Aufwärtsgaseperioden hergestellten Gasen reguliert werden. Zum Erhitzen des Regenerators wird die Wärme in den Blasegasen benutzt, und sofern es nicht nötig ist, viel Rücklaufgas anzuwenden, reicht diese Wärme aus, den Regenerator zu erhitzen und Dampf für die Reaktion sowie überschüssigen Dampf zu erzeugen. Die Menge an verfügbarem Dampfüberschuß kann durch die Änderung der Vorwärmtemperatur des den Regenerator verlassenden Gases und natürlich durch die Zusammensetzung und Menge des Blasegases reguliert werden. Die fühlbare Wärme von erzeugtem Gas und von Dampf, die den Gaserzeuger verlassen, verwendet man für die Erzeugung von Dampf während der Gaseperiode, nutzt so die Kapazität des Abhitzekessels in der Gaseperiode aus und spart an Kühlwasser zum Kühlen der Gase.
  • Die Vorwärmtemperaturen des Rücklaufgases in der Abwärts- und der Aufwärtsgaseperiode können vorzugsweise voneinander verschieden (z. B. in der Aufwärtsgaseperiode niedriger) sein. Die treibende Kraft für das Rücklaufgas sind vorzugsweise Dampf oder andere für die Reaktion nötige Gase; sie werden in einem Injektor angewendet.
  • Bei der Herstellung von karburiertem Wassergas ist es, wenn man das Verfahren dieser Erfindung anwendet, möglich, eine wesentlich höhere Temperatur des den Gaserzeuger verlassenden Gases zu erzielen als üblicherweise bei anderen Verfahren. Die Arbeitsweise des Gaserzeugers ist vorzugsweise folgende: Die ganze :Menge oder der größere Teil des Gases wird in der Aufwärtsgaseperiode hergestellt. Dies läßt das Einspritzen des Öls in das erzeugte, den Gaserzeuger verlassende Gas und die Verdampfung und Spaltung desselben im Gas zu.
  • Das folgende Beispiel und die Fig. i und 2 der schematischen Zeichnungen erläutern diese Arbeitsweise Die Fig. i und 2 sind Strömungsschemata, von denen Fig. i die Blaseperiode bei Benutzung eines Überhitzers, Fig. 2 die Aufwärtsgaseperiode zeigt.
  • In Fig. i ist der Gaserzeuger mit i, die Reaktionszone desselben mit ia, der Überhitzer mit 2 und der Regenerator mit 3 bezeichnet. Während der Blaseperiode wird Luft durch Leitung 4 zugeführt, und das Blasegas gelangt nacheinander durch den Überliitzer 2 und den Regenerator 3 über die Leitung 5. Sekundärluft kann durch Leitung 6 eingelassen werden, und der Durchgang des Blasegases heizt den Überhitzer 2 und den Regenerator 3 auf die gewünschten Temperaturen.
  • Nach Fig. 2 werden o,5 cbm durch Leitung 7 zugeführtes Rücklaufgas und die erforderliche, durch Leitung 8 eingelassene Menge Dampf im Regenerator 3 auf die erforderliche Temperatur vorerhitzt und dann in den Gaserzeuger i eingeführt (in diesem Fall beträgt die Temperatur der vorgewärmten Gase etwa io5o° und werden die Gase über dem Rost durch Leitung io zugeführt). Wenn das erzeugte Gas den Gaserzeuger auf der Höhe der Reaktionszone verläßt, hat es eine hohe Temperatur (ungefähr 1175'); doch kann diese Temperatur im wesentlichen auch erreicht werden, wenn das Gas den Gaserzeuger über der Reaktionszone durch Leitung i i verläßt, vorausgesetzt, daß der Koks vorerhitzt wird. Dies bringt man zustande; indem man den Gaserzeuger vor der Aufwärtsgaseperiode (wie oben beschrieben) bläst und so den Koks, der zwischen der Aufwärtsgaseperiode und der Blaseperiode eingebracht wurde, erhitzt. Von diesem den Generator verlassenden Gas (i,o und o,5 cbm = 1,5 cbm), das in diesem Beispiel eine Temperatur von iooo° hat, werden o,5 cbm durch Leitung 7 zurückgeführt; dabei bedient man sich eines Injektors, dessen treibende Kraft für die Reaktion erforderlicher und durch Leitung 8 eingelassener Dampf ist. Dieses Gemisch kann direkt durch den Rost in den Gaserzeuger gebracht werden (die Mischung hat in diesem Fall eine Temperatur von 5oo°), oder die Gase können, falls die Mischung vor Eintritt in den durch das Blasegas erhitzten Regenerator 3 eine höhere Temperatur hat, oberhalb des Rostes in den Gaserzeuger gebracht werden. Der i cbm Wassergas mit einer Temperatur von 1000°. wird mit Öl oder Teer (durch Einspritzen aus Leitung 12) gemischt; diese verdampfen, und die Durchschnittstemperatur des Gases mit Öldämpfen beträgt 5oo°. Diese Mischung wird dann über Leitung 13 zum Überhitzer 2 geführt, wo sie auf die Temperatur erhitzt wird, die für die völlige Spaltung des Öls oder Teers und die Erzeugung des angestrebten karburierten Wassergases nötig ist. Die in obigem Beispiel verbrauchte :Menge Öl beträgt 416 1 je iooo cbm karburiertes Wassergas; werden ¢801 je iooo cbm verwendet, so liegt die Temperatur der Mischung bei etwa 44o°. Verwendet man vorerhitzte Öle oder Öldestillationsgase oder Teere oder Teergase, so ist es möglich, einen Überhitzer von kleinerem Ausmaß anzuwenden oder sogar auf einen Überhitzer zu verzichten. Die gleichen Ergebnisse kann man erzielen, wenn man die Temperatur des den Gaserzeuger verlassenden Gases in der Reaktionszone oder in einem Regenerator noch stärker erhöht oder die fühlbare Wärme dieses Gases erhöht, indem man einen größeren Dampfüberschuß, als er normalerweise für die Reaktion nötig ist, oder mehr Rücklaufgas verwendet.
  • Unter gewissen Umständen kann es vorteilhaft sein, den Gaserzeuger bei hohen Reaktionstemperaturen zu betreiben. Die Arbeitsweise ist dann vorzugsweise folgende: Das gesamte Gas wird in der Aufwärtsgaseperiode hergestellt. Das den Gaserzeuger verlassende Gas hat eine sehr hohe Temperatur, und seine fühlbare Wärme kann dadurch noch weiter erhöht werden, daß der Dampfüberschuß über den normalerweise für die Reaktion nötigen hinaus vermehrt wird. Es ist dann möglich, die Verdampfung und die Spaltung des Öls durchzuführen, ohne daß ein Verdampfer und Überhitzer benötigt wird. Man kann Verdampfer und Überhitzer dann zum Vorheizen von Rücklaufgas, Dampf und Luft, die für die Reaktion erforderlich sind, verwenden. Die erwähnte Modifizierung kann zur Herstellung von karburiertem Wassergas ohne einen Überhitzer oder mit einem solchen dienen, wenn Öle, Teere, Peche usw. benutzt werden, die sich schwer spalten lassen oder höhere Spalttemperaturen erfordern, als die für gewöhnlich zur Herstellung von Gasen mit hohen Heizwerten oder anderen gewünschten Eigenschaften verwendeten Stoffe.
  • Für den Fall der Verwendung eines Gaserzeugers, den die Asche in flüssiger Form. verläßt, ist im folgenden ein Beispiel für eine zweckmäßige Arbeitsweise gegeben: a) Gaseperiode. o,5 cbm Rücklaufgas und o,99 kg Dampf pro Kubikmeter erzeugtes Gas werden in den Gaserzeuger (Durchschnittstemperatur in der Reaktionszone i5oo°) mit einer Vorwärmtemperatur von .i5oo° gebracht. Die fühlbare Wärme des den Gaserzeuger verlassenden Gases wird auf folgende Weise ausgenutzt: i,o cbm Gase und 0333 kg Dampf dienen der Verdampfung und Spaltung des Öls (8oo 1 je iooo cbm), und die Temperatur des Gemisches beträgt 77o°'; 0,5 cbm Gase und o,166 kg Dampf dienen zum Erhitzen eines ersten, in der folgenden Blaseperiode zum Vorwärmen der Blaseluft auf eine Temperatur von 9oo°' verwendeten Regenerators; dieses Rücklaufgas wird nach Austritt aus dem ersten Regenerator mit o,6 kg Dampf in einem Injektor gemischt, das Gemisch in einem zweiten Regenerator auf i5oo'° erhitzt und dann in den Gaserzeuger geleitet.
  • b) Blaseperiode. Luft wird durch den ersten Regenerator in den Gaserzeuger geblasen. Die die Reaktionszone verlassenden Blasegase erhitzen den Koks vor und werden dann zum Erhitzen des zweiten Regenerators auf die verlangte Temperatur benutzt. Der Koksverbrauch ist bei Anwendung dieser Modifikation trotz der hohen Temperaturen des Gases und des uniersetzten Dampfes, die den Gaserzeuger verlassen, niedrig und die Leistung des Gaserzeugers sehr hoch.
  • Bei Verwendung von Koksofengas oder anderen methanhaltigen Gasen oder sonstigen Gasen oder Dämpfen, die gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe enthalten, besonders von Restgasen aus der Ölsynthese oder anderen Syntheseverfahren oder Hydrierungsprozessen oder Mischungen dieser Gase, werden die zersetzten Gase und der unzersetzte Dampf (aus der Zersetzungskammer oder dem Regenerator) an Stelle von Rücklaufgas benutzt, und da es nicht nötig ist, Gase zum Gaserzeuger zurückzuleiten (weil diesem ständig neues Gas zugeführt wird), wird die Ausbeute an Synthesegasen aus der Gaserzeugeranlage beträchtlich erhöht. Die Menge der methanhaltigen Gase, an Kohlendioxyd, Dampf oder anderen für die Reaktion erforderlichen Gasen hängt von der Zusammensetzung der gewünschten Synthesegase ab.
  • Bei Anwendung des Fischer-Tropsch-Verfahrens oder ähnlicher Verfahren, die auch Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltende Gase als Ausgangsmaterial benutzen, kann der größere Teil des Restgases durch den Regenerator zur Zersetzung (die Temperatur im Regenerator hängt von dem verlangten Zersetzungsgrad oder davon, ob Katalysatoren für die Zersetzungsreaktion verwendet werden, und von der Zusammensetzung des Restgases ab) und von da zum Gaserzeuger geschickt werden, wo Synthesegas erzeugt wird. Der Inertgehalt der Synthesegase kann dadurch reguliert werden, daß kontinuierlich ein Teil der Restgase aus dem Verfahren abgezogen wird. Die Blasegase werden zum Heizen des Regenerators verwendet, so daß die für die Zersetzungsreaktion nötige Wärme geliefert und der Dampf und die Gase, die bei der Reaktion gebraucht werden, vorerhitzt werden. Der Überschuß an Dampf für die Zersetzungsreaktion ist vorzugsweise so hoch, daß der den Regenerator verlassende unzersetzte Dampf überwiegend oder vollständig für die spätere Reaktion im Gaserzeuger ausreicht. Reichen die Blasegase nicht aus, die ganze Wärme für die Reaktion im Gaserzeuger zu liefern, so können Restgase oder andere Brennstoffe hinzugefügt werden. Wenn das Verhältnis von methanhaltigen Gasen. Dampf oder anderen für die Reaktion gebrauchten Gasen zu hoch ist, so daß die Wärme, die in dem Regenerator gespeichert werden muß, folglich auch zu hoch ist, empfiehlt es sich, daß man, um Regeneratoren von zu großem Ausmaß zu umgehen, sich zweier Regeneratoren bedient. Die Arbeitsweise kann mit zwei Regeneratoren folgende sein: Erhitzen des Regenerators in der Blaseperiode mit den Blasegasen und zusätzlichen Brennstoffen, in der Gaseperiode mit zusätzlichen Brennstoffen. Gleichzeitig wird der andere Regenerator für Vorwärmzwecke benutzt.
  • In den Zeichnungen sind Fig. 3 bis 5 Strömungsschemata, die die Herstellung von Synthesegasen nach der Erfindung erläutern; hierbei zeigt Fig. 3 die Blaseperiode, Fig.4 die Abwärtsgaseperiode und Fig. 5 die Aufwärtsgaseperiode.
  • In Fig.3 ist der Gaserzeuger mit 14, dessen Reaktionszone mit 14a und der Regenerator mit 15 bezeichnet. Beim Blasen wird Luft durch Leitung 16 eingelassen, und das Blasegas gelangt über Leitung 17 zum Regenerator 15; zusätzlicher Brennstoff wird durch Leitung i8 und Sekundärluft durch Leitung i9 eingeführt. Der Durchgang des Blasegases erhitzt den Regenerator 15 auf die gewünschte Temperatur.
  • Nach Fig.4 werden Dampf und/oder Kohlendioxyd, die man durch Leitung 2o einläßt, und kohlenwasserstoffhaltige Gase, die durch Leitung 21 zugeführt werden, durch den erhitzten Regenerator 15 geschickt, in welchem die Reaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen und Dampf und/oder Kohlendioxyd vor sich geht. Das den Regenerator verlassende Gas, das Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthält, zieht durch Leitung 17 zum Gaserzeuger 14, wo weiter Kohlenmonoxyd und Wasserstoff aus dem Dampf und/oder dem Kohlendioxyd, die sich noch in dem aus dem Regenerator kommenden Gemisch befinden, erzeugt «-erden. Das erzeugte Gas verläßt den Gaserzeuger 14 über dem Rost durch Leitungen 22 und 23.
  • IV ach Fig. 5 wird Dampf und/oder Kohlendioxyd durch die Leitungen 24 und 16 in den Gaserzeuger 14 eingeführt, wo der Dampf und/oder das Kohlendioxyd nach Vorwärmung durch die in der Asche gespeicherte Wärme mit dem festen Brennstoff unter Erzeugung eines Gases reagiert, das Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthält und durch Leitung 25 abzieht. Wenn gewünscht, können zur gleichen Zeit Kohlenwasserstoffe und Dampf und/oder Kohlendioxyd durch den Regenerator 15, wie im Zusammenhang mit obiger Fig.4 beschrieben, geführt «-erden, wobei die Produkte mit dem den Gaserzeuger durch Leitung 25 verlassenden Gas gemischt werden.
  • Die erwähnte Abänderung für die Erzeugung von Synthesegasen eignet sich für die Herstellung von Gasen mit einem Verhältnis von C O : H2 = i : 2 und mehr Wasserstoff und läßt die Erzeugung von Gasen mit einem Verhältnis von CO : H2 und weniger Wasserstoff zu (die CO-reichen Gase werden für die Herstellung von primären, an Olefinen reichen Produkten verwendet).
  • Wenn eine hohe Zersetzungstemperatur im Regenerator angewendet wird und wegen niedriger Schmelztemperatur der Asche oder zwecks Erzeugung von wasserstoffreichen Gasen usw. keine so hohe Temperatur im Gaserzeuger erwünscht ist, kann die Temperatur durch Zufügung von Dampf oder anderen, für die Reaktion nötigen Gasen reguliert werden.
  • Die Höhe der Reaktionszone, der Koks-, Asche-und Schlackenschicht muß je nach der vor sich gehenden Reaktion oder der verlangten Gaszusammensetzung so variiert werden, daß die günstigsten Ergebnisse und Bedingungen erzielt werden.
  • Das Rücklaufgas, Dampf, Luft und andere für die Reaktion nötige Gase und Brennstoffe werden, wenn sie niedrige Temperaturen haben, in den Gaserzeuger in gleicher Weise wie bei bekannten Gaserzeugerbauarten eingeführt. Wenn die Gase mit hohen Vorwärmtemperaturen, die aber nicht so hoch wie die Reaktionstemperaturen sind, angewendet werden, werden sie an solchen Stellen in den Generator eingeführt, daß sie mit der in der Asche, der Schlacke, dem Koks, der Kohle oder der Ausfütterung des Gaserzeugers gespeicherten Wärme vorgewärmt werden können. Wendet man die genannten Gase bei Temperaturen an, die gleich oder höher sind als die Reaktionstemperatur, so sollen sie an Stellen eingeführt werden, die die gleiche oder die höchsten Temperaturen im Gaserzeuger haben. Dies alles unter der Voraussetzung, daß andere Erwägungen keine anderen Arbeitsbedingungen erfordern.
  • Der für die Reaktion nötige Dampf und der überschüssige Dampf können in der Gaserzeugeranlage erzeugt werden, oder man kann, wenn Dampf aus anderen Quellen verfügbar ist, diesen verwenden und so den Koksverbrauch herabsetzen.
  • In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Gaserzeuger aufwärts und abwärts zu blasen, da so die in Koks, Schlacke und Asche gespeicherte Wärme zum Vorwärmen der Luft oder zum weiteren Vorwärmen des Rücklaufgases und/oder des Dampfes ausgenutzt werden kann. Das Verhältnis der beim Abwärts- und beim Aufwärtsblasen verwendeten Luft hängt von der Wärmemenge ab, die man zu speichern wünscht.
  • An Stelle von Luft wird in der Blaseperiode manchmal besser Sauerstoff: allein oder mit Dampf verwendet. Die den Gaserzeuger in der Blaseperiode verlassenden Gase werden dann, vorzugsweise nach Herauswaschen von Kohlendioxyd, mit dem in der Gaseperiode gewonnenen Gas gemischt. Wenn das in der Blaseperiode erzeugte Gas ohne Herauswaschen von Kohlendioxyd mit dem in der Gaseperiode gewonnenen Gas gemischt wird, kann die Menge Kohlendioxyd im Gemisch durch das Verhältnis zwischen Dampf oder anderem Gas und in der Blaseperiode verwendetem Sauerstoff eingestellt werden. Die den Gaserzeuger mit einer hohen Temperatur verlassenden Gase lassen sich anstatt des Rücklaufgases für die Erzeugung von Wassergas verwenden. In diesem Fall werden die einen Gaserzeuger verlassenden Gase in einen anderen gebracht. Es kann vorteilhaft sein, diese Modifikation unter Druck auszuführen, wenn man methanreiches Gas herzustellen wünscht.
  • Damit man die gleichen Verbindungsleitungen für die Aufwärts- und die Abwärtsgaseperioden zum Einbringen des Rücklaufgases am Boden oder am oberen Ende des Gaserzeugers verwenden kann, bedient man sich zweier in verschiedenen Richtungen arbeitender und zwischen den Verbindungsrohren angeordneter Injektoren.
  • Wenn Kohle für die Erzeugung von Wassergas benutzt wird, begünstigt das Rücklaufgas die Verkokung der Kohle. Die Menge an Rücklaufgas und Dampf, die Vorwärmtemperaturen derselben, die Dauer und Richtungen der Gaseperioden und die Zeit der Zuführung der Kohle können je nach der Qualität der angewandten Kohle und der Qualität und Zusammensetzung des veranlagten Gases gewählt werden. Zum Beispiel werden die Temperaturen und Betriebsbedingungen im Gaserzeuger und im Regenerator so gewählt, daß die Spaltung oder Zersetzung des Teeres und der Gase, die aus der Verkokung verfügbar sind, so erfolgt, daß kein Kohlenstoff oder Kohlenoxyd und Wasserstoff, sondern gasförmige Kohlenwasserstoffe und damit Gase von höherem Heizwert erzeugt werden, die man allein oder in Mischung mit dem hergestellten Wassergas verbrauchen kann. Ein Teil oder die Gesamtmenge der für die Verkokung oder Vorwärmung der Kohle erforderlichen Wärme kann durch das den Gaserzeuger verlassende Blasegas geliefert werden.
  • Kohlenwassergas kann man zweckmäßig nach der Erfindung herstellen, indem man folgendermaßen arbeitet: Das Gemisch von Rücklaufgas (das aus dem den Regenerator oder den Gaserzeuger verlassenden Gasen genommen wird) und Dampf wird am Boden des Gaserzeugers eingeführt, und die Wärme in dem die Reaktionszone verlassenden Gas wird für die Verkokung der Kohle (die vorzugsweise durch die die Reaktionszone verlassenden Blasegase vorgeheizt wird) benutzt. Das den Gaserzeuger verlassende Gemisch aus Wassergas und Verkokungsgasen wird durch einen ersten Regenerator geschickt, dessen Temperatur je nach der Qualität und Zusammensetzung des verlangten Gases eingestellt wird. Ein Teil des den ersten Regenerator verlassenden Gases wird durch einen Injektor als Rücklaufgas in den Gaserzeuger eingeleitet, der andere Teil wird nach Einspritzen und Verdampfen des Öls erforderlichenfalls zwecks weiterer Spaltung in einen zweiten Regenerator eingeführt. Die Temperatur im ersten Regenerator kann höher oder niedriger als die im zweiten Regenerator sein. Das Blasegas kann zuerst durch den ersten Regenerator oder durch den zweiten Regenerator, je nach den in den beiden Behältern erforderlichen Temperaturen und den angestrebten Resultaten, geleitet werden, und dem Blasegas wird vor oder hinter dem zuerst von ihm durchströmten Regenerator Sekundärluft zugesetzt.
  • Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen, so z. B.: i. Das Verfahren braucht weniger Brennstoff; 2. es ist möglich, einen Teil des Brennstoffes in der Form von minderwertigem Brennstoff (wie Koks geringerer Korngröße) einzusetzen; 3. die Leistung des Wassergaserzeugers ist infolge der kürzeren Blasezeiten und der längeren Zeit, während welcher die Temperatur im Wassergaserzeuger hoch genug ist, um Gaserzeugung zuzulassen, beträchtlich erhöht.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Wassergas oder Synthesegas im Wechselbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Reaktion mit den festen Brennstoffen im Gaserzeuger und für den Ausgleich der Wärmeverluste erforderliche Wärme erhalten wird: zum einen Teil durch Anwendung eines Regenerators, der durch Blasegase oder Gas aus einer Generatorerzeugungsanlage oder einer anderen Quelle erhitzt wird, worauf ein Gemisch aus Wassergas (Rücklaufgas) mit oder ohne Koksofengas oder anderem methanreichem Gas oder aus einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden oder aus ihnen bestehenden Gas oder Dampf und Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd durch den genannten Regenerator und dann in den Wassergaserzeuger geleitet wird, wobei das den Regenerator durchstreichende Gemisch auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, und zum anderen Teil dadurch, daß der Gaserzeuger von Zeit zu Zeit mit Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen geblasen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i zur Herstellung von karburiertem Wassergas, dadurch gekennzeichnet, daß Öl in das im Gaserzeuger erzeugte Gas eingeführt wird, nachdem es diesen verlassen hat, wobei zum Verdampfen und/oder Spalten des Öls ein Teil oder die Gesamtmenge der fühlbaren Wärme des erzeugten Gases und des unzersetzten Dampfes und/oder Kohlendioxyds verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei hinreichend hoher Temperatur des erzeugten Gases ein Teil des Rücklaufgases zusammen mit Dampf unmittelbar zum Einlaß des Gaserzeugers zurückgeleitet und nur ein entsprechend geringerer Teil über den Regenerator geleitet wird. q..
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fühlbare Wärme der erzeugten Gase durch Erzeugen desselben oder seines.größeren Teiles durch Gasen in nur einer Richtung, durch Vergrößerung des Dampfüberschusses, durch Abziehen des Gases oder eines Teiles desselben aus einer verhältnismäßig heißen Zone des Gaserzeugers, durch Weitererhitzen des Gases oder durch Einfüllen von Koks vor Beginn der Gaseperiode und Vorerhitzen des Kokses mit den Blasegasen, erforderlichenfalls unter Zusatz von Sekundärluft erhöht wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die fühlbare Wärme des Rücklaufgases vor dessen Eintritt in den Regenerator zum Vorwärmen der in der nächsten Blaseperiode in den Gaserzeuger eingeführten Luft verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i zur Herstellung von Synthesegas aus einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden oder aus solchen bestehenden Gas oder Dampf und Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd; dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch beim Durchgang durch den Regenerator auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß ein größerer, Anteil der Kohlenwasserstoffe in dem Regenerator' zersetzt wird und dann den Wassergaserzeuger zunächst in Abwärtsrichtung und anschließend in Aufwärtsrichtung durchzieht, wobei dem Regenerator so viel Dampf und/oder Kohlendioxyd zugeführt wird, daß die Umsetzung mit den Kohlenwasserstoffen im Regenerator vor sich geht und ein mindestens für die Wassergasreaktion im Gaserzeuger ausreichender 1;'berschuß verbleibt, und das in der Abwärtsgaseperiode erzeugte Gas und der unzersetzt gebliebene Teil des Dampfes und/oder des Kohlendioxyds teilweise oder völlig oberhalb des Rostes aus dem Gaserzeuger abgezogen werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff, die Luft oder die anderen sauerstoffhaltigen Gase, die während der Blaseperiode in den Gaserzeuger geblasen werden, vorerhitzt werden.
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