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Verfahren zur Erzeugung von karburiertem Wassergas und/oder karburiertem
Generatorgas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von karburiertem
Wassergas und/oder karburiertem Generatorgas. Hierbei erfolgt einmal ein Ent- und
Vergasen von feinverteiltem kohlenstoffhaltigem Material in einem Wirbelschichtverfahren,
und andererseits findet ebenfalls in einer Wirbelschicht ein thennisches Spalten
des Öles statt. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird eine der Ent- und Vergasungsstufe
nachgeschaltete Spaltungsstufe angewandt, die mit der ersten Stufe dadurch funktionell
verbunden ist, daß jeder der beiden Verfahrenssehritte, nämlich die Ent- und Vergasung
einerseits bzw. die Ölspaltung andererseits, unter den für ihn günstigsten Reaktionsbedingungen
durchgeführt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, unter äußerst wirtschaftliehen
Bedingungen eine beträchtliche Heizwertsteigerung des endgültigen Gasproduktes zu
erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird in der Weise vorgegangen, daß in einer Ent-
und Vergasungsstufe Wasserdampf und/oder Luft durch feinverteiltes, in einem flüssigkeitsartigen
Bett auf einer zur Ent- und Teilvergasung ausreichenden Temperatur gehaltenes kohlenstoffhaltiges
Material geleitet wird, wobei mit Entgasungsgas gemischtes Wassergas und/oder Generatorgas
entsteht, der heiße Koks aus der Ent- und Vergasungsstufe in eine Spaltungsstufe
übergeführt wird, in der er ebenfalls durch Hindurchleiten eines Gases in einem
flüssigkeitsartigen Bett gehalten wird, in dieses Bett der Spaltungsstufe zerstäubtes
oder verdampftes Öl eingeleitet wird, so daß hierbei gas- und/oder dampfförinige
Kohlenwasserstoffe
entstehen, und diese dem aus der Ent- und Vergasungsstufe
austretenden Wassergas und/oder Generatorgas zugesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsforin der Erfindung kann dem in der
Spaltungsstufe zur Herstellung des flüssigkeitsartigen Zustandes des Bettes verwendeten
Gas Wasserdampf oder ein sauerstoffhaltiges Gas zugesetzt werden.
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Das Verfahren wird besonders wirtschaftlich, wenn ein Tefl des in
der Ent- und Vergasungsstufe erzeugten Gases zur Aufrechterhaltung des flüssigkeitsartigen
Zustandes des Bettes in dieser Stufe verwendet wird. Aus dem gleichen Grund ist
es zweckmäßig, den aus der Spaltungsstufe abgezogenen Koks in einer Verbrennungsstufe
einer teilweisen Verbrennung zu unterwerfen, um seine Temperatur zu erhöhen, worauf
er dann erst der Ent- oder Vergasungsstufe zugeführt wird. Hierbei ist es zweckmäßig,
das zu ent- und vergasende kohlenstoffhaltige Material und den aus der Verbrennungsstufe
abgezogenen, der Ent- und Vergasungsstufe zugeführten Koks bei ihrem Eintritt in
die Ent- und Vergasungsstufe zu mischen.
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In der der Spaltungsstufe vorangehenden Stufe wird nicht nur die Kohle
verkokt, sondern gleichzeitig auch der dabei entstehende Koks zum Teil vergast,
indem ein Wasserdampfstrom oder ein Gemisch von Destülationsgasen und Wasserdampf
durch die feinverteilte, ein flüssigkeitsartiges Bett bildende Kohle hindurchgeleitet
und so eine Mischung von Destillationsgas und Wassergas erzeugt wird. Dies geschieht
bei erhöhter Temperatur, und die Arbeitsbedingungen werden derart gewählt, daß der
feinverteilte Koks aus dem Bett bei einer Temperatur zwischen goo und iooo'C abgezogen
wird. Dieser heiße feinverteilte Koks wird dann in einen zweiten Kessel eingegeben,
wo er durch Durchleiten einer Mischung von Wasserdampf und zerstäubtem und/oder
verdampftem Öl in einem flüssigkeitsartigen Zustand gehalten wird, wodurch
gasförmige Kol-Aenwasserstoffe erhalten werden. Diese Kohlenwasserstoffe werden
dann der Mischung von Wassergas und Destillationsgas hinzugefügt, welche in der
vorangegangenen Verkokungs- und Vergasungsstufe erzeugt worden sind, wodurch ein
Gas entsteht, welches dem Leuchtgas entspricht. Bei diesem Verfahren zur Herstellung
einer karburierten Mischung von Wassergas und Destillationsgas kann das zur Erzeugung
der Mischung von DestiUationsgas und Wassergas in der Verkokungs- und Vergasungsstufe
zur Verwendung gelangende feinverteilte kohlenstoffhaltige Materialdurchtei].weiseVerbrennungineinergetrennten,
Stufe mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, wie beispielsweise Luft, auf einegeeigneteTemperaturgebracht
werden. DemkohlenstoffhaltigenMaterialkannvoroder nach dieser Verbrennungsstufe
und bevor es der der Spaltungsstufe vorgeschalteten Stufe zugeführt wird, weitere
feinverteilte Kohle hinzugefügt werden, die dann verkokt wird. Es ist
jedoch zweckmäßig, diese weitere Zugabe von Kohle derart durchzuführen, daß
sie mit dem in demVerkokungs- und Vergasungskessel enthaltenen kohlenstoffhaltigen
Material gemischt wird.
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Die Ent- und Vergasung von Kohle mittels Dampf und bzw. oder Luft
in einem Wirbelschichtbett ist an sich bekannt. Auch ein Verfahren zur Spaltung
von Öl in einem durch Hindurchleiten eines Gases in flüssigkeitsartigem Zustand
gehaltenen Bett von kohlenstoffhaltigem Material ist bereits vorgeschlagen worden.
Neu ist hingegen die erfindungsgemäße Kombination zur Erzeugung von kaburiertem
Wassergas und bzw. oder Generatorgas unter Verwendung der gleichen Masse kohlenstoffhaltigen
Materials in Form eines flüssigkeitsartigen Bettes sowohl in der Ent- und Vergasungsstufe
als auch in der Spaltungsstufe.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, Karburierungsmittel in
den Raum oberhalb des Brennstoffbettes oder in das Brennstoffbett selbst einzuführen.
Einem derartigen Verfahren gegenüber bietet die erfindungsgemäße Erzeugung des Karburierungsgases
in einer getrennten Stufe den Vorteü, daß Menge und Zusammensetzung des Karburierungsgases
besser geregelt werden können, daß das in der Spaltungsstufe erzeugte Karburierungsgas
in beliebiger Menge dem Wassergas und bzw. oder Generatorgas zugesetzt werden- kann
und daß sich auch die Ent- und Verga,sungsstufe in Abwesenheit von Kohlenwasserstofföl
leichter regehi läßt, weil die Reaktionsbedingungen lediglich auf die Erzeugung
von Wassergas und bzw. oder Generatorgas eingestellt zu werden, nicht aber an die
gleichzeitige Bildung von Spaltprodukten aus dem Öl angepaßt zu werden brauchen.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren wird in Verbindung
mit den in den Zeichnungen schematisch dargestelltenApparaturen in den folgenden
Beispielen erläutert. Beispiel i: Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsform
wird feinverteilte Kohle durch ein Rohr i in einen Kessel 2 eingegeben, in dem es
ein Bett 3 bildet, welches durch die Hindurchleitung eines überhitzten Dampfstromes,
der durch das Rohr 4 eingeleitet wird, in einem flüssigkeitsartigen Zustand gehalten
wird. Durch das Rohr 5 tritt aus dem Kessel 2 eine Mischung von Wassergas
und Destülationsgas aus. In diesem Kessel 2 werden die Arbeitsbedingungen derart
gewählt, daß Kohle an der Oberseite des Kessels mit einer Temperatur von etwa i:[oo'C
eintritt und Koks am Boden des Kessels mit einer Temperatur von etwa 8oo'C abgezogen
wird. Der Koks verläßt den Kessel 2 durch das Rohr 6 und gelangt in einen
Spaltungskessel 7, in dem er ein Bett 8 bildet, welches durch die
Hindurchleitung eines zerstäubtes Öl enthaltenden Wasserdampfstromes in Form
eines flüssigkeitsartigen Bettes gehalten wird. Die Mischung von Wasserdampf und
Öl wird in den Kessel .7 durch die Rohrleitung 9 einpführt. In dem
Spaltungskessel 7 wird das zerstäubte Öl gekrackt, und es entstehen
bei dem Durchgang desselben durch das heiße Koksbett gasförmige Kohlenwasserstoffe.
Die Mischung von Kohlenwasserstoffen, Dampf und einer kleinen Menge Wassergas, die
bei der Reaktion eines Teiles des Wasserdampfes mit dem Koks entsteht, wird aus
dem Spaltungskessel 7 durch die Rohrleitung io abgezogen und kann der Mischung
von Wassergas und Destillationsgas, welche in der Leitung 5 fließt, hinzugefügt
werden, wodurch nach einer entsprechenden Behandlung, um den Wasserdampf zu entfernen,
ein dem Stadtgas ähnliches Gas entsteht. Naturgemäß wird
ein derartiges
Gas unter Umständen noch einer weiteren Behandlung unterworfen werden müssen, um
es für die Durchleitung durch die zu den Verbrauchern führenden Rohre geeignet zu
machen. Glühendes Material wird aus dem Spaltungskessel 7 durch das Rohrii
abgezogen und einem Verbrennungskessel 12 durch Mitreißen von einem vorerhitzten
inerten Gas, beispielsweise Stickstoff, durch das Rohr 13 zugeführt. Die Temperatur
des Kokses beträgt hierbei etwa 75o'C. Dem Verbrennungskessel 12 wird Luft durch
eine Rohrleitung 14 zugeführt, wodurch der Koks in Form eines flüssigkeitsartigen
Bettes gehalten wird und wobei dessen Temperatur infolge Verbrennung erhöht wird.
Aus diesem Verbrennungskessel wird Gas durch eine Rohrleitung 16 abgezogen, und
der in dem Kessel auf eine Temperatur von etwa iioo'C gebrachte Koks tritt über
ein Wehr 17 und gelangt durch eine Rohrleitung 18 in den Kessel 2. Eine Zweigleitung
ig, die von der Leitung 18 abgeleitet ist, führt in das obere Ende des Kessels 2
und ermöglicht es, daß der heiße Koks aus der Verbrennungskammer 1:2 sich mit der
feinverteilten Kohle, welche durch das Rohr i dem Kessel 2 zugeführt wird, mischt.
In dieser Zweigleitung ig ist zweckmäßig ein in der Zeichnung nicht dargestelltes
Steuerorgan vorgesehen, um die Menge des heißen Kokses, welche mit der durch das
Rohr i zugeführten feinverteilten Kohle gemischt wird, regeln zu können. Der übrige
Teil des heißen Kokses, welcher durch das Rohr 18 fließt, tritt in den Kessel 2
durch ein Rohr 2o ein, welches etwa in der oberen Ebene des Bettes 3 mündet.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der heiße, den Verbrennungskessel 12 verlassende
Koks die genügende Wärmemenge zuführt, welche für die Verkokung der dem Kessel 2
zugeführten feinverteilten Kohle, für die Wassergasreaktion und die thermische Spaltung
des Mineralöls erforderlich ist. Beispiel 2-
Das folgende Beispiel erläutert
die Anwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens bei einer experimentellen
Apparatur von kleinen Ausmaßen. Diese Apparatur ist schematisch in Fig. 2 dargestellt
und wie folgt aufgebaut. Ein aus nichtrostendem Stahl bestehendes Gefäß 21 von
75 mm innerem Durchmesser und go cm Länge ist mit einem Abzugsrohr
23 mit einem innerem Durchmesser von ig mm versehen, das in ein Gefäß 22
führt, in dem es ungefähr y cm unterhalb der Oberseite des Gefäßes 22 endet. Das
Gefäß 22 besteht ebenfalls aus nichtrostendem Stahl und besitzt einen inneren Durchmesser
von 50 mm und eine Länge von go cm. Ein Abzugsrohr 24 am Ende dieses Gefäßes
?,:z mit einem inneren Durchmesser von ig mm vereinigt sich an einem Punkt 25 mit
einem aufwärts gerichtetenRohr 26,
das einen inneren Durchmesser von 12 mm
besitzt und das ebenfalls aus nichtrostendem Stahl besteht. Dieses Rohr ?,6 mündet
in einen Trichter 27. Innerhalb des Trichters ist eine Platte 28 vorgesehen,
durch die der in dem Rohr 26 mitgerissene feste Stoff nach unten abgeleitet
wird. An der Unterseite des Trichters 27
befindet sich ein Rohr 29 mit einem
Durchmesser von ig mm, welches in das Gefäß 21: hineinragt und etwa 45 cm unterhalb
des oberen Endes des Gefäßes 21 endet. Die Gefäße 21 und 22, das Rohr
26 und der Trichter 27 werden sämtlich auf elektrischem Wege erhitzt,
um Wärmeverluste zu verringern, die anderenfalls bei dieser Apparatur von so kleinen
Ausmaßen zu groß wären. Die Apparatur wird mit feinverteiltem Koks beschickt, der
eine Teilchengröße von 42o bis 855 p aufweist.
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Das in dem Gefäß 21 enthaltene Koksbett wird in flüssigkeitsartigem
Zustand gehalten, indem Wasserdampf mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,4
kg pro Stunde hindurchgeleitet wird. Dieser Wasserdampf ist vorher in einem
durch Gas erwärmten Vorerhitzer auf ungefähr 300'C erwärmt worden. Der in
das Gefäß 21 durch die Leitungen 30 und 31 eintretende Wasserdampf dringt
aufwärts durch das Koksbett, welches auf einer Temperatur von etwa 98o'C gehalten
wird. Bei diesem Durchgang wird der Wasserdampf teilweise zersetzt, und es entsteht
eine Mischung von Wasserdampf und Wassergas.
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An der Oberseite des Gefäßes 21 wird feinverteilte Kohle durch das
Rohr 32 mit einer Geschwindigkeit von 400 9 Pro Stunde eingegeben.
Diese feinverteilte Kohle hat ein geringes Zusammenbackvermögen und eine Teilchengröße
von 42o bis 855 A. Während des Falles dieser Kohle durch den oberen Teil
des Gefäßes und nachdem sie sich mit dem Bett vereinigt hat, gibt die Kohle die
in ihr enthaltenen flüchtigen Bestandteile ab in Form von gasförmigen Produkten,
welche gemischt mit dem Dampf und Wassergas, welche durch das Bett hindurchgedrungen
sind, durch das Auslaßrohr 33 austreten.
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Das an der Oberseite des Gefäßes 21 durch das Rohr
33 austretende
Gas wird durch einen Kondensator geschickt, um den nicht umgesetzten Wasserdampf
zu entfernen. Die Erzeugungsgeschwindigkeit von trockenem Gas beträgt 62o
1 pro Stunde. Die Zusammensetzung des Gases ist folgende:
| H2 .............................. 56,oO/0 |
| CO .............................. 2o,60/, |
| C02 ............................. 12,20/0 |
| 02 ............................... o,iO/o |
| CH4 ............................. 8,20/, |
| C.H2- (. = etwa 4) ............... 1'90/0 |
Der Heizwert dieses Gases beträgt netto etwa 284o kcalfin3. Ein derartiges Gas ist
nicht geeighet, um als Stadtgas verwendet zu werden, denn dieses soll einen Heizwert
von etwa 4450 kcallm3 besitzen. Feinverteilter fester Stoff, welcher Koks und Asche
enthält, wird ständig durch die Rohrleitung
23 in das Gefäß 22 eingegeben;
Koks und Asche werden ebenfalls kontinuierlich aus dem Trichter
27 in das
Ge-
fäß 21 durch das Rohr 29 eingetragen, wodurch der Oberflächenspiegel des
flüssigkeitsartigen Bettes im wesentlichen konstant bleibt und seine Höhe immer
auf etwa 45 cm gehalten wird.
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Der in dem Gefäß ?,2 enthaltene Koks und die Asche werden darin im
flüssigkeitsartigen Zustand gehalten, indem durch das Gefäß Wasserdampf hindurchgeleitet
wird mit einer Geschwindigkeit von etwa o,2
kg pro Stunde, in dem 140
g pro Stunde Gasöl durch geeignete Zerstäubungsmittel zerstäubt worden sind.
Der das
zerstäubte
Öl enthaltende Wasserdampf wird durch
die Leitungen 34 und
35 eingeführt. Das Gasöl besitzt etwa folgende Zusammensetzung:
| Ungesättigte Kohlenwasserstoffe ..... 5% |
| Aromatische Stoffe .................. 18 0/0 |
| Naphthene ......................... 220/, |
| Paraffine ........................... 55% |
Das
Öl wird auf etwa ioo'
C erwärmt, um die Durchführung des Zerstäubungsverfahrens
zu unterstützen, -und der Dampf wird auf etwa
250' C erwärmt, bevor ihm das
zerstäubte
Öl zugemischt wird. Die Temperatur des Bettes in dem Gefäß 22
beträgt etwa 8oo'
C.
Der in dieses
Gefäß eingeleitete Wasserdampf durchdringt
das Bett im wesentlichen unzersetzt, und es kommt nur zur Bildung von Spuren von
Wassergas. Das
Öl wird jedoch gekrackt, und es entstehen 126
1
pro
Stunde eines Gases etwa folgender Zusammensetzung:
| C", H2. (n =etwa 3) .................
420/0 |
| CH . .............................. 50 Ü[o |
| C2H1 ... - .......................... 8010 |
Der Heizwert dieses Gases beträgt netto etwa 13 2oo kcal/m3. Der Dampf und die kohlenwasserstoffhaltigen
Gase treten aus dem Gefäß 22 durch ein Auslaßrohr
36 aus. Der Koks und die
Asche werden ständig von der Unterseite des Gefäßes 22 durch ein Rohr 24 abgezogen.
DieWirkung des Rohres
23 ist die, daß die etwa 6o cm betragende Höhe des
fließenden Bettes in dein Gefäß 22 im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Der Koks und die Asche, welche durch das Rohr 24 nach unten fallen,
treffen an dem Punkt 25 mit einem dort eintretenden Luftstrom zusammen, der
mit einem Durchsatz von 2,9 cbm pro Stunde, gemessen bei 2o' C und Atmosphärendruck,
eingeleitet wird. Bevor dieser Luftstrom in die Apparatur eintritt, wird er auf
etwa 300' C erwärmt. Dieser Luftstrom reißt den Koks und die Asche in dem
Rohr 26 nach oben mit, und der in der Luft enthaltene Sauerstoff setzt sich
mit einem Teil des in dem Strom enthaltenen Kohlenstoffs um. Hierbei wird Wärme
frei, wobei die Temperatur des festen Stoffes auf etwa 1050' C erhöht wird.
Dieser heiße feste Stoff wird von dem Gasstrom in dem Trichter 27 mit Hilfe
des Ableitbleches 28
abgeschieden und gelangt in der beschriebenen Weise wieder
in das Gefäß 21:.
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Nach Mischen der Gasströme aus den Gefäßen 21 und 22 und Kondensieren
des in ihnen enthaltenen Wasserdampfes entstehen -746
1 pro Stunde eines
Gases folgender Zusammensetzung:
| H, ............................... 46,60/0 |
| CO .............................. 17,2% |
| CO, ............................. 10,20/0 |
| 01 ................................ 0,10/, |
| CH, ............................. i5,io/' |
| C. 1-12. (n =etwa 34 .............
7,9% |
| C2I-16 *''''****1*''''''''*''''1>>* I,30[o |
| N2 1,60/0 |
Der Heizwert dieses Gases beträgt netto etwa 46oo kcal/m3. Dieses Gas ist nach einer
Reinigung geeignet zur Verwendung als Stadtgas.