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Verfahren und Gaserzeuger zur Erzeugung von kohlenoxydreichen und
methanarmen Gasen durch Vergasen von Brennstoffen und Anwendung der erzeugten Gase
Es ist bekannt, ein Wasserstoff- und methanreiches Starkgas, insbesondere Stadtgas,
durch Vergasung von Brennstoffen mit einem Gemisch von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft mit Wasserdampf od. dgl. unter einem Druck von mehreren Atmosphären, z. B.
5 bis 5o at und darüber, herzustellen. Sollten hierbei besonders wasserstoffreiche
Gase für Synthesezwecke, z. B. die Ammoniaksynthese oder die Kohlenmonoxydhydrierung,
erzeugt werden, so wurde dieses bekannte Verfahren auch schon mit abgekürzter Reaktionszeit
durchgeführt. Es ließen sich dann Gase gewinnen, die ein Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis
bis zu 8 : r haben konnten. Für die Druckvergasung mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft war bisher ein erheblicher Wasserdampf- bzw. Kohlendioxydaufwand erforderlich.
Ferner ist bekannt, die Vergasung von Brennstoffen mit Sauerstoff und Wasserdampf
od. dgl. unter atmosphärischem Druck durchzuführen. Man erhält dabei kohlenoxydreiche
Gase ähnlich denen, die nach dem Wassergasverfahren gewonnen werden.
Nach
der Erfindung wird zur Erzeugung - von kohlenoxy dreichen und methanarmen Gasen
durch Vergasung von Brennstoffen, insbesondere bituminösen Brennstoffen oder Entgasungsrückständen
mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Wasserdampf, der auch ganz
oder teilweise durch Kohlendioxyd ersetzt werden kann, unter einem Druck von mehreren
Atmosphären, z. B. 5 bis 5o at und darüber, die Vergasung so geleitet, daß dem Sauerstoff
oder der sauerstoffangereicherten Luft nur so viel Wasserdampf und/oder Kohlensäure
zugesetzt werden, daß die Brennstoffasche schmilzt.
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Die geschmolzene Schlacke kann, wie an sich bekannt, schmelzflüssig
aus dem Gaserzeuger, z. B. satzweise abgestochen werden. Vorteilhaft ist es, die
geschmolzene Schlacke noch im Gaserzeuger selbst, z. B. in einer unterhalb des Vergasungsschachtes
angeordneten Zone, zu kühlen und zum Erstarren zu bringen, wobei zweckmäßig während
des Erstarrens die Schlacke zerkleinert, z. B. granuliert wird. Die körnige oder
kleinstöckige Schlacke kann trocken oder naß durch eine Schleuse in bekannter Weise
aus dem Gehäuse des Gaserzeugers entfernt werden.
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Abgesehen von dem geringen Wasserdampf- bzw. Kohlensäurebedarf, der
nur 1/s bis die Hälfte von dem bisher für die Druckvergasung notwendigen ausmacht,
und dem hohen Wasserdampf- bzw. Kohlendioxydzersetzungsgrad hat das Verfahren gemäß
der Erfindung den Vorteil, daß ein Gas mit hohem Kohlenmonoxydgehalt und geringem
Methangehalt erzeugt wird; denn je höher die Reaktionstemperaturen im Gaserzeuger
bei der Druckvergasung liegen, desto höher wird der Köhlenoxydgehalt des erzeugten
Gases, während gleichzeitig die Kohlendioxyd- und Methangehalte abnehmen. Dieser
Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung bringt es mit sich, daß das erzeugte
Gas für die katalytische Kohlenmonoxydhydrierung zu Kohlenwasserstoffgemischen u.
dgl. Stoffen besonders geeignet ist, da für solche Zwecke bekanntlich Aus-" gangsgase
in Frage kommen, in denen Wasserstoff und Kohlenmonoxyd etwa im Verhältnis von :2:
r bis a : 2 enthalten sind. Dagegen ist es nicht möglich, nach den bekannten Druckvergasungsverfahren
Gase zu gewinnen, die Kohlenoxyd und Wasserstoff in einem für Eisenkatalysatoren
besonders erwünschten Verhältnis aufweisen, das sich dem Wert 2 : i nähert.
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Obwohl verhältnismäßig hohe Reaktionstemperaturen bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung auftreten, kommt man trotzdem mit einer verhältnismäßig geringen
Sauerstoffkonzentration des Vergasungsmittels aus, so daß schädliche Verdampfungen
von Aschenbestandteilen, die bei höherer Sauerstoffkonzentration beobachtet werden
können, sich weitgehend vermeiden lassen.
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Bei dem Verfahren gemäß- der Erfindung kann die Schlackenbeschaffenheit,
z. B. die Schlackenzusammensetzung sowie die Freilauftemperaturen der Schlacke,
in günstigster Weise den -jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen in bekannter
Weise dadurch angepaßt werden, daß geeignete Brennstoffmischungen verwendet werden
oder Zuschläge von Kalk, Flußspat, Feldspat od. dgl. in den Gaserzeuger eingeführt,
z. B. dem Brennstoff zugesetzt werden. Dadurch gelingt es, alle Schwierigkeiten,
die bei der Entfernung der Schlacke aus dem Gaserzeuger auftreten könnten, zu beseitigen
und ein leichtes und störungsfreies Ausfließen der Schlacke aus dem Vergasungsschacht
ins Freie oder in eine unter dem Vergasungsschacht angeordnete Kühlvorrichtung,
die z. B. mit Kühlrohren oder einem Wasserbad ausgestattet ist und unter dem bei
der Vergasung herrschenden Druck steht, sicherzustellen. Bei der drucklosen Vergasung
von Brennstoffen in Abstichgaserzeugern sind vom Gaserzeuger getrennte Wasserbäder
bekannt, in die man die zu granulierende Schlacke einlaufen läßt. Demgegenüber betrifft
die Erfindung die Behandlung der Schlacke eines unter Druck arbeitenden Gaserzeugers.
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Es ist möglich, im Verfahren gemäß der Erfindung die Zusammensetzung
des erzeugten Gases dadurch zu beeinflussen, daß dem Sauerstoff oder der sauerstoffangereicherten
Luft entweder Wasserdampf oder Kohlendioxyd oder gleichzeitig beide Stoffe in verschiedenen
Mischungen innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen zugeführt werden. Auch andere,
insbesondere brennbare Gase können zu dem gleichen Zweck oder aus anderen Gründen
in den Gaserzeugerschacht eingeleitet werden. Beispielsweise lassen sich mit Vorteil
im Verfahren gemäß der Erfindung die Restgase als Zusatz zum Vergasungsmittel verwerten,
die bei der katalytischen Kohlenmonoxydhydrierung entstehen. Vorteilhaft sind z.
B. solche Gase, die bei der katalytischen Gewinnung von Kohlenwasserstoffgemischen
und / oder Kohlenwasserstoffverbindungen mit Eisenkontakten als Restgase übrig bleiben,
da diese Gase in erheblichen Mengen Kohlendioxyde enthalten. Methan, das in diesen
Gasen in mehr oder weniger-großen Mengen vorhanden sein kann, wird, falls sehr hohe
Reaktionstemperaturen im Verfahren gemäß der Erfindung gewählt werden, sehr weitgehend
gespalten. Besonders zweckmäßig ist diese Verwendung der Syntheserestgase, wenn
die im Verfahren gemäß der Erfindung erzeugten Gase für diese Synthesezwecke unter
Druck verwendet werden. Es entsteht dann eine Rückführung von Gasen aus der Syntheseanlage
in den Gaserzeuger, was außer günstiger Restgasausnutzung den weiteren Vorteil hat,
daß dafür nur eine geringe Verdichtungsarbeit notwendig ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat aber auch Vorteile, wenn das
damit erzeugte Gas für beliebige andere Zwecke bereitgestellt werden soll, z. B.
für solche, für die hohe Wasserstoffkonzentrationen im Ausgangsgas erwünscht bzw.
notwendig sind. Es kann nämlich jedes gewünschte Wasserstoff-Kohlenmonoxyd-Verhältnis
in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gas leicht durch eine
an sich bekannte Konvertierung eingestellt werden, wobei der erforderliche Wasserdampfgehalt
des zu konvertierenden Gases zweckmäßig
durch Sättigung mit dem
bei der Reinigung des Gases anfallenden wäßrigen Kondensat aufgebracht werden kann.
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Im Verfahren gemäß der Erfindung empfiehlt es sich oft, den zu vergasenden
Brennstoff vor der Vergasung zu schwelen. Die Schwelung kann auch, wie an sich bekannt,
im Gaserzeuger selbst durchgeführt werden, z. B. in einer über dem Vergasungsschacht
oder in seinem oberen Teil vorgesehenen Schwelzone, durch die das erzeugte Gas oder
ein Teil desselben geleitet wird. Die Schwelung kann dabei unter dem gleichen Druck
wie die Vergasung oder auch unter einem geringeren Druck durchgeführt werden. Im
letzten Falle ist eine Trennung der Schwelzone von der Vergasungszone erforderlich.
Wird nur ein Teil des erzeugten Gases durch den zu schwelenden Brennstoff geleitet,
so kann dieser Gasanteil auch getrennt von dem übrigen Gas gereinigt werden.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung, in der
eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung beispielsweise dargestellt
ist.
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Der Gaserzeuger besteht aus dem Schacht i, der oben aufgesetzten Schleuse
2, die in bekannter Weise zum Einschleusen der Kohle od. dgl. verwendet wird, und
der unten angeschlossenen Aschenschleuse 3, durch die der Vergasungsrückstand ausgetragen
werden kann. Der Gaserzeugerschacht ist in die Schwelzone 4, die Vergasungszone
5 und die Kühlzone 6 unterteilt. Der durch die Schleuse 2 eingeführte Brennstoff
wird durch eine Führung, z. B. den Zylinder 7, die eine gleichmäßige Verteilung
des Brennstoffes sichert und verhindert, daß dieser frei und unter Staubentwicklung
in den Gasstrom fällt, der Schwelzone 4 zugeleitet, wo er getrocknet und geschwelt
wird. Die Trocken- und Schwelzone 4 ist von der Vergasungszone durch eine Einschnürung
28 des Schachteinsatzes 8 getrennt. Durch diese Einschnürung wird eine Abzugsmöglichkeit
für das in der Vergasungszone gebildete Gas in den Ringraum 29 geschaffen. Der eigentliche
Vergasungsschacht (Zone 5) ist im Innern mit feuerfestem Mauerwerk 9 ausgekleidet.
Den unteren Abschluß des Vergasungsschachtes bildet der Boden io, der sich auf wassergekühlte,
mit dem Kühlmantel in Verbindung stehende Träger i i abstützt. In der Kühlzone 6
sind Kühlrohre 12 vorgesehen, die ebenfalls mit dem Wassermantel des Gaserzeugers
in Verbindung stehen können, so daß für die Kühlrohre und den Wassermantel dasselbe
Kühlmittel benutzt werden kann, das z. B. durch die Kühlrohre in den Wassermantel
oder in umgekehrter Richtung fließt.
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Das Vergasungsmittel wird durch die Leitung 13 in den Gaserzeuger
eingeführt und strömt durch eine Düse 14 in die Vergasungszone aus. Ein Teil des
in der Vergasungszone erzeugten Gases wird aus dem zwischen Schwel- und Vergasungszone
ansetzenden Ringraum 29 durch die Leitung 15 als sogenanntes Klargas zur Kondensationsanlage
abgezogen. Das zur Trocknung und Schwelung des Brennstoffes durch die Zone 4 strömende
Gas kann durch eine Leitung 16 aus dem Gaserzeuger abgezogen werden. Die flüssige
Schlacke, die sich beim Betrieb des Gaserzeugers über dem Boden io sammelt, kann
durch eine oder mehrere Öffnungen 17 in der Wand des Vergasungsschachtes 9 in die
Kühlzone 6 ablaufen, in der sie abgeschreckt und granuliert wird.
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Das Abziehen der flüssigen Schlacke durch die Öffnungen 17 in die
Kühlzone 6 kann fortlaufend oder satzweise geschehen, z. B. kann bei satzweisem
Betrieb die Stichlochöffnung durch eine zweckmäßig wassergekühlte Stochstange geschlossen
und geöffnet werden, die druckdicht durch im Gaserzeugergehäuse vorgesehene Stopfbuchsen
eingeführt werden kann. Auch bei kontinuierlichem Schlackenabstich können derartige
Stochstangen zur Anwendung gelangen, die dann dazu dienen, die Stichlöcher von Zeit
zu Zeit von Ansätzen oder Verstopfungen zu befreien und einen ausreichenden Schlackenabfluß
in die Kühlzone zu sichern. Das Offenhalten des oder der Stichlöcher 17 kann aber
auch mit anderen Mitteln bewirkt werden. So kann z. B. die Zufuhr des Vergasungsmittels
durch die Leitung 13 zeitweise abgestellt oder gedrosselt werden. Man leitet dann
das Vergasungsmittel oder einen Teil desselben in die Kühlzone, aus der es durch
Stichloch 17 in die Vergasungszone übertritt und dabei das Stichloch von Ansätzen
od. dgl. freibläst. Man kann aber auch die Einrichtung so treffen, daß sich über
dem Boden io des Vergasers ein Schlackenbad ansammelt. In der Wand 9 ist dann eine
größere Öffnung vorgesehen, so daß sich der Schlackensumpf unter der Wand hinweg
in die Kühlzone erstreckt. In diesem Teil des Schlackensumpfes ist dann z. B. ein
Überlauf od. dgl. vorgesehen, durch den die Schlacke zur Abkühlung und gegebenenfalls
Granulation in die Kühlzone 6 gelangt.
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Der -eigentliche Gaserzeugerschacht befindet sich aus Sicherheitsgründen
im Innern eines Gehäuses 18, das durch eine innere, schwächere Wandung i9 und den
äußeren, druckfesten Mantel 2o gebildet wird, eine Bauart, die für Hochdruckgaserzeuger
an sich bereits bekannt ist. Der von i9 und 2o gebildete Kühlraum ist bis an das
obere Ende mit Wasser gefüllt; er steht durch ein Rohr 21 oder mehrere derartige
Rohre mit dem Dampfsammler 22 in Verbindung. Der im Dampfsammler gebildete Dampf
wird durch die Leitung 23 abgeführt und in bekannter Weise verwendet. Zweckmäßig
wird er im Verfahren selbst aufgebraucht, z. B. dem Vergasungsmittel beigemischt.
Fallrohre 24 verbinden den Dampfsammler mit dem unteren Teil des Kühlraumes. An
den Druckbehälter sind unten und oben in bekannter Weise die Schleusen für Brennstoff
und Asche angeschlossen. Den Abschluß der Schleusenräume nach dem Gaserzeuger-Innern
bilden z. B. die Kegel 25, die durch Hebel 26 von außen betätigt werden können.
Den Abschluß gegen die Atmosphäre geben die Verschlußdeckel 27.
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Die Kühlzone 6 kann auch als Wasserbad ausgebildet sein. Es werden
in diesem Falle Aschenschleuse und Kühlzone mit Wasser gefüllt, dessen
Stand
durch einen Regler konstant gehalten wird. Die aus dem Vergasungsschacht abfließende
Schlacke fällt in das Wasserbad, wird dort granuliert und kann schließlich zusammen
mit Wasser aus der Aschenschleuse ausgetragen werden. Bei Vergasung wasserarmer
Brennstoffe kann auch die fühlbare Wärme des abziehenden Gases zur Dampferzeugung
ausgenutzt werden.
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Vergleicht man das erfindungsgemäße Verfahren mit den bekannten Verfahren
der Druckvergasung, so werden die folgenden besonderen Vorteile offenbar Durch die
Erfindung wird es möglich, durch Druckvergasung fester Brennstoffe zu einem kohlenoxydreichen
und methanarmen Gasgemisch zu gelangen. Der Wasserdampfbedarf der Vergasung wird
wesentlich - auf fast ein Drittel - gegen früher herabgesetzt. Vorteilhaft verwendet
man das in der dem Gaserzeuger nachgeschalteten Kondensation heiß anfallende -Wasserdampfkondensat
zur Sättigung des Vergasungssauerstoffs, so daß nur noch ein geringer Wasserdampfzusatz
notwendig ist; bei außerordentlich niedrigem Methangehalt des Gases erhält man ein
Synthesegas mit dem sehr hohen Anteil an Kohlenoxyd und Wasserstoff von über go
%, das in der Synthese besondere Vorteile bietet; die Menge der im Rohgas enthaltenen
Kohlensäure wird wesentlich herabgesetzt (bei der bisherigen Druckvergasung enthält
das Rohgas etwa 32°/o Kohlendioxyd, bei dem neuen Verfahren dagegen nur etwa 12o/o
Kohlendioxyd, so daß ein entsprechend geringerer Arbeitsaufwand für Entfernung des
Kohlendioxyds erforderlich ist) ; durch Anwendung hoher Vergasungstemperaturen erzielt
man einen Dampfzersetzungsgrad, der beträchtlich höher ist als bei der bisherigen
Arbeitsweise der Druckvergasung; die Verbindung von hohem Druck und flüssigem Schlackenabstich
bei der Vergasung erlaubt selbst bei feinkörnigem Brennstoff Schachtleistungen,
die alle bisher bekannten weit übertreffen.
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Bei der Vergasung von Steinkohle wurde in einem erfindungsgemäß unter
einem Druck von 2o at betriebenen Abstichgaserzeuger ein Gas folgender Zusammensetzung
gewonnen:
| Kohlensäure ..... . . . . . . . . . . . . . .
8,30/0 |
| schwere Kohlenwasserstoffe . .... 0,30/0 |
| Kohlenoxyd ................... 5590/0 |
| Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3400/0 |
| Methan ... ..................... 3,.1% |
| Stickstoff ... .. .. ............... 1,4% |