DEP0032576DA - Verfahren zur Herstellung von Gasen in Gaserzeugern - Google Patents

Description

Man unterscheidet verschiedene Gaserzeugertypen, die im wesentlichen in drei Kategorien eingeteilt werden und die wenig Gemeinsames miteinander besitzen.

Die erste Kategorie ist durch normalen Luftbetrieb, wobei gegebenenfalls Wasserdampf zugesetzt werden kann, gekennzeichnet. Bei der zweiten Kategorie hat man Wassergasbetrieb, wobei Luft oder Wasserdampf allein in getrennten Perioden eingeblasen werden. Die dritte Kategorie weist Sauerstoffbetrieb auf.

Verfahrenstechnisch betrachtet gibt es noch einige Unterschiede hinsichtlich der Austragung der Schlacke, die entweder kalt, durch einen Drehrost, oder stark überhitzt in flüssiger Form entfernt wird. Alle diese Typen arbeiten mit verschiedener Einstellung in Bezug auf Vergasungsmedien und Temperaturverlauf, weshalb etwaige Verbesserungen immer nur bei einem bestimmten Gaserzeugertyp vorgenommen werden konnten. Veranlasst durch die bei den verschiedenen Gaserzeugertypen, besonders bei Vergasung hochwertiger Brennstoffe, entstehende hohe Gichttemperatur, wurde z.B. bei Luftabstichgaserzeugern vorgeschlagen, oberhalb der Lufteinführung Wasserdampf einzu- leiten, um dadurch eine Reduktion dieses Wasserdampfs erreichen zu können. Die diesbezüglichen Versuche waren unbefriedigend. Auch wurde wiederholt vorgeschlagen, den Wassergasbetrieb durch die Überhitzung des Wasserdampfes wirtschaftlicher zu gestalten, wobei, um den Rost nicht zu gefährden, Temperaturen bis zu 300 - 400°C angewandt wurden. Alle diese Vorschläge waren einerseits nur auf einen einzigen, bestimmten Gaserzeugertyp gerichtet, sodass sie keine Allgemeingültigkeit beanspruchen konnten, und andererseits fehlten bei ihnen die richtigen theoretischen Erkenntnisse.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein erheblicher technischer Fortschritt erzielt. Es kann bei sämtlichen Arten von Gaserzeugern angewandt werden und eröffnet neuartige Möglichkeiten.

Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass entgegen der bisherigen Anschauung eine Reaktion zwischen Kohlenstoff und Wasserdampf nur dann in erheblichem Maße eintreten kann, wenn sich beide auf der Reaktionstemperatur befinden. Auf Grund der Beobachtungen des Generatorbetriebes, bei dem der heissglühende Kohlenstoff den Wasserdampf reduziert, hat man allgemein angenommen, dass es genügt, wenn nur der Kohlenstoff selbst die erforderliche Temperatur besitzt und der Wasserdampf kalt, d.h. etwa bei 100°C, eingeführt wird.

Eine Überhitzung des Wasserdampfes und die dadurch erreichte höhere Dampfreduktion wurde dem höheren Wärmeinhalt des Wasserdampfes zugeschrieben. Aber nicht nur der kalte, sondern auch der auf 300 - 400°C überhitzte Wasserdampf reagiert zuerst mit den heissglühenden Kohlenstoff nur wenig, bis er durch Wärmeentzug, entweder aus dem Kohlenstoff oder aus dem heissen Gasstrom auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird. Der Wasserdampf muss also reaktionsreif sein. Die untere Grenze der Reaktionstemperatur in dem praktischen Betrieb, bei dem die Gleichgewichte niemals auftreten, beträgt 800°C. Sinkt also die Temperatur des Kohlenstoffs und/oder des Wasserdampfs auf unter 800°C, so wird der Wasserdampf im praktischen Betrieb nur wenig mit dem Kohlenstoff reagieren, da man unterhalb dieser Temperaturen in den Bereich einer zweiten Reaktion, und zwar der Umsetzung

CO + H(sub)2O = CO(sub)2 + H(sub)2

gelangt. Der Wasserdampf oxydiert hierbei das in den unteren Schichten gebildete und mit ihm gemeinsam aufsteigende Kohlenoxyd.

Diese Erkenntnisse erklären die bisherigen missglückten Versuche z.B. mit dem Würth-Generator. Der kalt eingeführte Wasserdampf hat soviel Wärme von dem Gasstrom entzogen, dass die Reaktionsreife nicht erreicht wurde und höchstens Spuren von Wasserdampf mit dem Kohlenstoff reagieren konnten, während der übrige Teil schon als Konversionsdampf wirkte. Im Sinne des Erfindungsgedankens wird der Wasserdampf in der wirklichen Bedeutung des Wortes hochüberhitzt, und auf mindestens 900°C gebracht, d.h. sicherlich über der Reaktionstemperatur in den Generator hineingebracht. Der Erfindungsgedanke geht noch einen Schritt weiter, da er eine noch weitgehendere Überhitzung anstrebt, deren Temperatur eigentlich nur in der Feuerfestigkeit der Steine, die heute bei etwa 2000°C liegt, ihre Grenze findet.

Auf diese Weise wird nicht nur die eigentliche Reaktionsreife erreicht, sondern gleichzeitig dem Generator die für die Deckung der endothermen Reduktionsreaktion erforderliche Wärme zugeführt.

Ausserdem wird noch folgender beachtlicher Vorteil erzielt: Falls wie bisher kalter Wasserdampf eingeblasen wird, braucht derselbe eine bestimmte Zeit, bis er auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird und die Reaktion beginnen kann. Auch sind die Reaktionsgeschwindigkeiten in den unteren Bereichen der Wasserdampfreduktionsmöglichkeiten (bei 800°C herum) sehr gering. Während dieser Zeit steigt aber der den Wasserdampf enthaltende Gasstrom mit einer sehr hohen Geschwindigkeit aufwärts und gelangt sehr rasch in einen solchen Bereich, wo der Kohlenstoff schon nicht mehr die notwendige Temperatur besitzt. Also trotzdem der Wasserdampf schliesslich die Reaktionstemperatur erreicht hat, unterbleibt die Reaktion, da der andere Partner nicht reaktionsreif ist. Beschleunigt wird dieser Prozess noch dadurch, dass durch den bekannten Wandeffekt die Gase und mit ihnen auch der seitlich eingeblasene Wasserdampf vorwiegend an der Wand aufsteigen. Hier bremsen aber die Kühlverluste der Wand die Erhitzungsgeschwindigkeiten ab. Wird aber erfindungsgemäss mit sehr hoher Überhitzung gefahren, dann erfolgt die Reaktion augenblicklich.

Mit den bei den bisher angewandten Methoden benutzten Wärmeaustauschern jeder Art kann man aber die erfindungsgemäss verlangte, sehr hohe Überhitzung, z.B. bis 2000°C, nicht erreichen. Daher wird das Brennerprinzip angewandt, bei dem ein kalter oder heisser Brennstoff, z.B. Gas, mit kaltem oder heissem Sauerstoff beliebiger Reinheit unter gleichzeitiger Zufuhr von kaltem oder heissem Dampf in einen mit dem Gaserzeuger funktionell zusammenhängenden Verbrennungsraum verbrannt wird und die etwa bis 2000°C heissen Verbrennungsgase, die vorwiegend aus Wasserdampf, CO(sub)2, N(sub)2 und gegebenenfalls aus einem Sauerstoffüberschuss bestehen, mit ihrer Entstehungstemperatur und mit ihrem gesamten Wärmeinhalt in den eigentlichen Vergasungsraum eingeblasen werden. Um möglichst den gesamten Schachtquerschnitt mit den Gasen bestreichen zu können, muss die Einblasegeschwindigkeit entsprechend hoch liegen.

Durch diese Massnahme gelang es, eine allgemeingültige Lösung für sämtliche Arten von Gaserzeugern zu erreichen. Wie die bisherigen Versuche zeigten, konnte man bei Luftabstichgaserzeugern bei Vergasung von Koks einen Wasserstoffgehalt von 12-15%, bei einem Heizwert des Gases von über 1400 kcal/cbm erreichen. Bei Wassergasgeneratoren wird neben der in der Gaseperiode eingeführten Dampfmenge, ein hochüberhitzter Dampfzusatz in der gleichen zeit eingeblasen, wodurch die Verlängerung der Gaseperiode erreicht werden kann. Dieselbe Methode kann man auch für Drehrostgeneratoren mit Vorteil verwenden und hierdurch den Heizwert des Gases allein mit Luftbetrieb weitgehend erhöhen. Die Anwendung dieser Massnahme gestattet zugleich die restlose Ausnützung der überschüssigen Gaswärme zur Wasserdampfreduktion, da im Gegensatz zu den bisherigen Vorschlägen aus dem Gas keine Wärme für die Überhitzung des Wasserdampfes entnommen wird.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Gasen in Gaserzeugern der verschiedensten Typen, bei denen über den Wind- und/oder Vergasungsgemischeinführungsstellen Zuleitungsstellen für Wasserdampfzusatz angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwasserdampf mit einer Temperatur von weit über 900°C in eine solche Zone des Gaserzeugers eingeleitet wird, in der eine Temperatur von mindestens 900°C herrscht, wobei die Überhitzung des Wasserdampfes derart bewirkt wird, dass ein kalter oder ein heisser Brennstoff, z.B. ein Gas, mit kaltem oder heissem Sauerstoff von beliebiger Reinheit, gegebenenfalls auch mit Luft unter gleichzeitiger Zufuhr von kaltem oder heissem Wasserdampf in einem mit dem eigentlichen Gaserzeuger funktionell verbundenen Verbrennungsraum verbrannt wird und die heissen Verbrennungsgase, die vorwiegend aus Wasserdampf, ferner aus CO(sub)2, N(sub)2 und gegebenenfalls aus überschüssigem Sauerstoff bestehen, mit ihrer Entstehungstemperatur und mit ihrem gesamten Wärmeinhalt in den Vergasungsraum mit hoher Geschwindigkeit hineingeblasen werden, wo die Reduktion des Wasserdampfes nach der Gleichung: C + H(sub)2O = CO + H(sub)2 unter vollständiger Ausnützung der überschüssigen Gaswärme augenblicklich erfolgt.