DEP0032576DA

DEP0032576DA - Process for the production of gases in gas generators

Info

Publication number: DEP0032576DA
Authority: DE
Inventors: Zsigmond de Galocsy
Original assignee: de Galocsy, Zsigmond, Zürich
Publication date: 1950-12-07

Description

Man unterscheidet verschiedene Gaserzeugertypen, die im wesentlichen in drei Kategorien eingeteilt werden und die wenig Gemeinsames miteinander besitzen.A distinction is made between different types of gas generators, which are essentially divided into three categories and which have little in common with one another.

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.The first category is characterized by normal air operation, whereby water vapor can be added if necessary. The second category is water-gas operation, with air or steam alone being blown in in separate periods. The third category comprises oxygen operation.

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.From a procedural point of view, there are still some differences with regard to the discharge of the slag, which is removed either cold, through a rotating grate, or strongly superheated in liquid form. All these types work with different settings with regard to gasification media and temperature curve, which is why any improvements could only ever be made with a certain type of gas generator. Caused by the high top temperature that occurs with the various types of gas generators, especially when gasifying high-quality fuels, it was suggested, for example, for air tap gas generators to inject water vapor above the air inlet. guide in order to be able to achieve a reduction of this water vapor. The attempts in this regard have been unsatisfactory. It has also repeatedly been proposed to make water gas operation more economical by overheating the steam, whereby temperatures of up to 300-400 ° C. were used in order not to endanger rust. On the one hand, all of these proposals were directed towards a single, specific type of gas generator, so that they could not claim to be general, and, on the other hand, they lacked the correct theoretical knowledge.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein erheblicher technischer Fortschritt erzielt. Es kann bei sämtlichen Arten von Gaserzeugern angewandt werden und eröffnet neuartige Möglichkeiten.A considerable technical advance is achieved by the method according to the invention. It can be used with all types of gas generators and opens up new possibilities.

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.According to the invention it has been found that, contrary to the previous view, a reaction between carbon and water vapor can only occur to a considerable extent when both are at the reaction temperature. Based on the observations of the generator operation, in which the hot-glowing carbon reduces the water vapor, it has generally been assumed that it is sufficient if only the carbon itself has the required temperature and the water vapor is introduced cold, i.e. at around 100 ° C.

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 UmsetzungOverheating of the steam and the resulting higher steam reduction was attributed to the higher heat content of the steam. But not only the cold, but also the water vapor superheated to 300 - 400 ° C reacts first with the hot-glowing carbon only a little, until it is heated to the reaction temperature by extraction of heat, either from the carbon or from the hot gas stream. The water vapor must therefore be ready to react. The lower limit of the reaction temperature in practical operation, in which the equilibria never occur, is 800 ° C. If the temperature of the carbon and / or the water vapor falls below 800 ° C., the water vapor will only react slightly with the carbon in practical operation, since below this temperature one enters the range of a second reaction, namely the implementation

CO + H(sub)2O = CO(sub)2 + H(sub)2CO + 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.got. The water vapor oxidizes the carbon dioxide formed in the lower layers and rising with it.

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.These findings explain the unsuccessful attempts to date, e.g. with the Würth generator. The cold introduced water vapor withdrew so much heat from the gas stream that the reaction maturity was not reached and at most traces of water vapor could react with the carbon, while the remaining part was already acting as conversion vapor. In the sense of the concept of the invention, the water vapor in the real meaning of the word is highly superheated and brought to at least 900 ° C, i.e. it is certainly brought into the generator above the reaction temperature. The idea of the invention goes one step further, as it strives for even more extensive overheating, the temperature of which is actually only limited in the fire resistance of the stones, which today is around 2000 ° C.

Auf diese Weise wird nicht nur die eigentliche Reaktionsreife erreicht, sondern gleichzeitig dem Generator die für die Deckung der endothermen Reduktionsreaktion erforderliche Wärme zugeführt.In this way not only the actual maturity of the reaction is achieved, but at the same time the heat required to cover the endothermic reduction reaction is supplied to the generator.

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.In addition, the following considerable advantage is achieved: If cold steam is blown in as before, it needs a certain time before it is heated to the reaction temperature and the reaction can begin. The reaction rates in the lower ranges of the steam reduction possibilities (at around 800 ° C.) are also very low. During this time, however, the gas flow containing the water vapor rises at a very high speed and very quickly reaches such an area where the carbon no longer has the necessary temperature. So despite the fact that the water vapor has finally reached the reaction temperature, the reaction does not take place because the other partner is not ready to react. This process is accelerated by the fact that, due to the well-known wall effect, the gases and with them the water vapor blown in from the side rise mainly on the wall. Here, however, the cooling losses of the wall slow down the heating speeds. If, however, according to the invention, the system is operated with very high overheating, the reaction takes place immediately.

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.With the heat exchangers of all types used in the methods used up to now, however, the very high overheating required according to the invention, e.g. up to 2000 ° C, cannot be achieved. This is why the burner principle is used, in which a cold or hot fuel, e.g. gas, is mixed with cold or hot oxygen of any purity with the simultaneous supply of cold or hot steam is burned in a combustion chamber that is functionally connected to the gas generator and the combustion gases, which are heated to around 2000 ° C and consist primarily of water vapor, CO (sub) 2, N (sub) 2 and possibly an excess of oxygen, with their formation temperature and are blown into the actual gasification chamber with their entire heat content. In order to be able to coat the entire cross-section of the shaft with the gases as far as possible, the injection speed must be correspondingly high.

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.This measure made it possible to achieve a universal solution for all types of gas generators. As the previous tests have shown, when gasifying coke, it was possible to achieve a hydrogen content of 12-15% with air tapping gas generators, with a calorific value of the gas of over 1400 kcal / cbm. In the case of water gas generators, in addition to the amount of steam introduced during the gaseous period, a highly superheated steam additive is blown in at the same time, which means that the gaseous period can be extended. The same method can also be used with advantage for rotary grate generators and thereby largely increase the calorific value of the gas with air operation alone. The application of this measure also allows the complete utilization of the excess gas heat for water vapor reduction, since, in contrast to the previous proposals, no heat is extracted from the gas for overheating the water vapor.

Claims

Process for the production of gases in gas generators of various types, in which feed points for water vapor are arranged above the wind and / or gas mixture introduction points, characterized in that the additional water vapor is introduced into such a zone of the gas generator at a temperature of well over 900 ° C , in which there is a temperature of at least 900 ° C, the overheating of the water vapor is effected in such a way that a cold or a hot fuel, e.g. a gas, with cold or hot oxygen of any purity, possibly also with air with simultaneous supply of cold or hot water vapor is burned in a combustion chamber functionally connected to the actual gas generator and the hot combustion gases, which mainly consist of water vapor, also of CO (sub) 2, N (sub) 2 and possibly of excess oxygen, with their temperature and with their total heat content i n are blown into the gasification chamber at high speed, where the reduction of the water vapor according to the equation: C + H (sub) 2O = CO + H (sub) 2 takes place instantly with full utilization of the excess gas heat.