EP0740694B1 - Verfahren zur hochtemperaturbehandlung von verkokungsrohgas - Google Patents

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EP0740694B1
EP0740694B1 EP95906938A EP95906938A EP0740694B1 EP 0740694 B1 EP0740694 B1 EP 0740694B1 EP 95906938 A EP95906938 A EP 95906938A EP 95906938 A EP95906938 A EP 95906938A EP 0740694 B1 EP0740694 B1 EP 0740694B1
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gas
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cokemaking
heating
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Dieter Stalherm
Ludwig Offermann
Ralf Schumacher
Werner Vogel
Georg Lange
Gerd Nashan
Heinrich Wilhelm Gudenau
Kurt Hedden
Klaus Wessiepe
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Thyssen Still Otto Anlagentechnik GmbH
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Thyssen Still Otto Anlagentechnik GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B5/00—Coke ovens with horizontal chambers
    • C10B5/02—Coke ovens with horizontal chambers with vertical heating flues
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B27/00—Arrangements for withdrawal of the distillation gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C10B57/18—Modifying the properties of the distillation gases in the oven

Definitions

  • the invention consequently relates to a method for high temperature treatment of raw coking gas, using coal in a large-scale coking reactor or a conventional multi-chamber coke oven battery and subjected the raw gas obtained thereby to a high temperature treatment and the resulting raw fission gas as ecological energy is conventional Replacing coke oven gas or as a reduction gas of an ore reduction is supplied and a device for performing the method with horizontally arranged coking chambers and laterally arranged next to it heating walls consisting of vertical heating trains for indirect heating Heating of the coking chambers as well as devices for discharging the Raw fission gases from the area of the furnace block, preferably the coking chamber.
  • DE 42 30 028 describes a coking system with a horizontal arrangement Coking chambers and heating walls arranged to the side for indirect Heating the coking chambers described, the raw gases passed from the coking chamber into the vertical heating cables of the heating walls in which they are burned with the supply of combustion air will.
  • the sensible heat of the exhaust gas can be used to preheat the air or used to generate steam.
  • a recycling of the exhaust gas as Raw fission gas is not provided.
  • the invention has for its object a method for high temperature treatment of coking raw gas and a device for carrying out the To propose a process in which the specified problems do not exist.
  • the high temperature treatment should be an integral part the coking process or coking system at temperatures of above 800 ° C, preferably 900 to 1,300 ° C, with the addition of a needs-based Amount of oxidizing agent (oxygen and / or air) already within the coking chamber and / or at least within the hot area of the furnace block.
  • oxidizing agent oxygen and / or air
  • the application is advantageous for this method of wider furnace chambers, because it already partially splits the raw gas components such as BTX (benzene, toluene, xylene), naphthalene and tar.
  • the raw gas can already be in the coking chamber in the Gas collecting room with the addition of oxidizing agent of the high temperature treatment but it can also be outside the coking chamber above, next to or also in the heating trains, if necessary, with the addition of oxidizing agent, preferably oxygen, undergo the high temperature treatment.
  • oxidizing agent preferably oxygen
  • the resulting raw gas after the filling process then only relatively few dust particles and can be in excellent Be subjected to the high-temperature treatment according to the invention, without causing major accumulations and deposits of Dust particles coming.
  • the oxidizing agent can be the uncooled raw gas at the foot of the riser or in the gas collection space of the coking chamber through the fill holes and / or added through openings arranged on the furnace heads will.
  • the raw cracked gas is then on via the riser pipes and / or known transfer pipes are withdrawn from the gas collection space.
  • this coking system can be used to generate the for the direct reduction of suitable reducing gas can be used if corresponding to substoichiometric combustion in the heating trains an air ratio of 0.2 to 0.8, preferably 0.3 to 0.5, takes place.
  • the channels arranged below the heating walls in the longitudinal direction of the furnace lead to the discharge of the gases drawn off from the heating walls again an equalization of gas quantities and gas quality, so that continuously suitable for direct reduction Gas accumulates.
  • the coking chamber is designated by (1). That at The raw gas from the coking gets into the above the coke bed arranged gas collecting space (2) and flows according to the invention according to Figures 1 and 2 by the arranged in the rotor wall (4) Passage opening (6) in the horizontal channel (5).
  • the passage openings (6) are according to Figure 2 at one end of the heating wall. In the vicinity of these openings (6) is still the supply (9) of oxidizing agents, which are controlled from the outside will.
  • the horizontal channel (5) is between the Runner wall (4) and the wall in which the inspection holes (7) are arranged are. On the side of the wall facing away from the rotor wall (4) with the The raw gas flows into inspection holes (7) in the horizontal channel (5) opposite direction and is via the trigger (10) from the coking system deducted.
  • the raw gas flows out of the gas collection space (2) through the openings (6a) to the vertical Channels (11) in which there is parallel after the supply of oxidizing agents (9a) flows down to the heating walls until it passes over the hood (10a) is withdrawn from the coking system.

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Description

Bei der konventionellen Kokereitechnik werden neben dem Hauptprodukt Koks und Koksofengas die sogenannten "Kohlenwertstoffe" (Rohbenzol, Rohteer, Ammoniak und Schwefelverbindungen) erzeugt. Letztere Produkte führen nach heutigen Erkenntnissen zu starken Umwelt- und Arbeitsschutzproblemen und haben hohe Folgeinvestitionen zur Vermeidung von Emissionen während des Produktionsprozesses zur Folge. Dieses führt zu einer nachhaltigen Kostenbelastung der Kokserzeugung. Hinzu kommt, daß die Vermarktung dieser Produkte keine nennenswerten Erträge mehr erwirtschaften lassen und damit heute nur noch zu einer unbedeutenden Entlastung der Gestehungskosten für das Hauptprodukt Koks beitragen. Es mußte folglich das Ziel verfolgt werden, durch Vermeidung der Entstehung bzw. Erzeugung dieser Produkte eine nachhaltige Verbesserung der Gestehungskosten von Koks zu erreichen. Dabei mußte beachtet werden, daß die neue Verfahrensstruktur einer "2-Produktekokerei" auch in einer zukunftsorientierten Verhüttungstechnologie einen Beitrag für ein leistungsfähiges Verbundsystem Kokerei - Hüttenwerk ermöglicht.
Die Erfindung bezieht sich folgerichtig auf ein Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas, wobei Einsatzkohle in einem Großraumverkokungsreaktor oder einer konventionellen Vielkammerkoksofenbatterie verkokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen und das dabei anfallende Rohspaltgas als ökologische Energie das konventionelle Koksofengas ersetzen oder als Reduktionsgas einer Erzreduktion zugeführt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofenblockes, vorzugsweise der Verkokungskammer.
Aus der DE 42 10 003 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von metallurgischem Koks und Eisenschwamm bekannt, bei dem die Einsatzkohle zunächst verkokt und das dabei erhaltene Rohgas anschließend einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird und der erhaltene Rohwasserstoff der Direktreduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm zugeführt wird. Die Hochtemperaturbehandlung wird dabei bei einer Temperatur von 1.000 bis 1.500 °C, vorzugsweise 1.100 bis 1.300 °C, in einer Materialschüttung durchgeführt, die aus Koks, einem Gitterwerk oder keramischen Füllkörpern besteht. Diese Hochtemperaturbehandlungsanlagen sind dabei als weitgehend selbständige Reaktoren (Thermocracker) ausgebildet, die außerhalb der Verkokungskammern bzw. des Ofenblockes angeordnet sind. Die Überleitung der heißen Rohgase ohne wesentlichen Wärmeverlust zu diesen Reaktoren ist ziemlich problematisch (Gefahr von Graphitabscheidung), ebenso ist die Errichtung der eigenständigen Reaktoren mit erheblichem Aufwand verbunden.
In der DE 42 30 028 ist ein Verkokungssystem mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern beschrieben, wobei die Rohgase aus der Verkokungskammer in die senkrechten Heizzüge der Heizwände geleitet werden, in denen sie unter Zuführung von Verbrennungsluft verbrannt werden. Die fühlbare Wärme des Abgases kann dabei zur Vorwärmung der Luft oder zur Dampferzeugung benutzt werden. Eine Verwertung des Abgases als Rohspaltgas ist dabei nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die angegebenen Probleme nicht bestehen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1, 6 und 7 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 5 sowie 8 bis 9 enthalten sinnvolle ergänzende Vorschläge dazu.
Erfindungsgemäß soll die Hochtemperaturbehandlung als integraler Bestandteil des Verkokungsprozesses oder Verkokungssystems bei Temperaturen von über 800 °C, vorzugsweise 900 bis 1.300 °C, unter Zugabe einer bedarfsorientierten Menge von Oxidationsmittel (Sauerstoff und/oder Luft) bereits innerhalb der Verkokungskammer und/oder zumindest innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes erfolgen. Vorteilhaft für dieses Verfahren ist die Anwendung von breiteren Ofenkammern, weil damit schon eine Teilspaltung der Rohgasbestandteile wie BTX (Benzol, Toluol, Xylol), Naphthalin und Teer verbunden ist. Dabei kann insbesondere auf aufwendige isolierte Rohgasleitungen und eine eigene Anlage zur Hochtemperaturbehandlung verzichtet werden, da die Rohgase ohne Zwischenkühlung noch innerhalb des heißen Ofenblockes der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden, wobei ein Rohspaltgas erzeugt wird, das im wesentlichen Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid und gegebenenfalls Methan enthält entsprechend den Anforderungen der nachfolgenden Prozesse.
Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten der Hochtemperaturbehandlung. Zum einen kann das Rohgas bereits in der Verkokungskammer im Gassammelraum unter Zugabe von Oxidationsmittel der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden, es kann aber auch außerhalb der Verkokungskammer oberhalb, neben oder auch in den Heizzügen, soweit erforderlich, unter Zugabe von Oxidationsmittel, vorzugsweise Sauerstoff, der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden. Günstig ist es dabei, wenn die während des Füllvorganges entstehenden staubbelasteten Füllgase in an sich bekannter Weise aus der Verkokungskammer abgezogen werden und über eigene Einrichtungen, z. B. einer Verbrennungseinrichtung, und den erforderlichen Gasreinigungseinrichtungen zugeleitet werden. Das nach Beendigung des Füllvorganges anfallende Rohgas besitzt dann nur relativ wenig Staubpartikel und kann in hervorragender Weise der erfindungsgemäßen Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden, ohne daß es zu größeren Anreicherungen und Ablagerungen von Staubpartikeln kommt.
Das Oxidationsmittel kann dem ungekühlten Rohgas am Fuß des Steigrohres oder in dem Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllöcher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zugegeben werden. Das Rohspaltgas wird dann über die Steigerohre und/oder an sich bekannte Überleitrohre aus dem Gassammelraum abgezogen.
In den Vorrichtungsansprüchen 6 ff und in den beigefügten Figuren sind eine Reihe von Konstruktionen für die Anordnung der Hochtemperaturbehandlungsstufen im Bereich des heißen Ofenblockes angegeben.
Es hat sich inbesondere auch hierfür die Verwendung eines Verkokungsofensystems als günstig erwiesen, wie es in der DE 42 30 028 C1 veröffentlicht worden ist. Bei dem dort beschriebenen Verkokungssystem sind unmittelbar oberhalb der Verkokungskammer in der Ofendecke in Batterielängsrichtung angeordnete Querkanäle vorgesehen, die über senkrechte, absperrbare Verbindungskanäle mit den einzelnen Verkokungskammern in Verbindung stehen. Diese Verbindung der einzelnen Kammern mit den Querkanälen führt insbesondere zu einer Vergleichmäßigung der aus den einzelnen Kammern diskontinuierlich anfallenden Rohgas mengen. Bei diesem Verkokungssystem ist weiterhin vorgesehen, daß die in Ofenlängsrichtung verlaufenden Querkanäle über senkrechte, absperrbare Verbindungskanäle mit den einzelnen Heizwänden verbunden sind, so daß die Rohgase in den einzelnen Heizzügen dieser Heizwände unter Zugabe von Verbrennungsluft zur Beheizung des Ofensystems verbrannt werden. Die Anwendung dieses Verkokungsofensystems kann sowohl in einer konventionellen Vielkammerkoksofenbatterie als auch in einem Großraumverkokungsreaktor stattfinden.
Dieses Verkokungssystem kann erfindungsgemäß zur Erzeugung des für die Direktreduktion geeigneten Reduktionsgases verwendet werden, wenn in den Heizzügen eine unterstöchiometrische Verbrennung entsprechend einer Luftzahl von 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5, stattfindet. Die unterhalb der Heizwände in Ofenlängsrichtung angeordneten Kanäle zur Ableitung der aus den Heizwänden abgezogenen Gase führen dabei wiederum zu einer Vergleichmäßigung der Gasmengen und der Gasqualität, so daß kontinuierlich ein für die Direktreduktion geeignetes Gas anfällt.
Die Erfindung wird in den Figuren 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.
Figur 1
zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Verkokungskammer (1), der Ofendecke (8) und des Heizzuges (3) mit einem oberhalb der Heizwand angeordneten waagerechten Kanal (5).
Figur 2
zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Linie I-I von Figur 1.
Figur 3
zeigt, ähnlich wie Figur 1, einen senkrechten Schnitt durch ein Ofensystem mit neben den Heizzügen (3) angeordneten senkrechten Kanälen (11).
Figur 4
zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Linie II-II von Figur 3.
In den Figuren ist die Verkokungskammer mit (1) bezeichnet. Das bei der Verkokung entstehende Rohgas gelangt in den oberhalb der Koksschüttung angeordneten Gassammelraum (2) und strömt erfindungsgemäß nach den Figuren 1 und 2 durch die in der Läuferwand (4) angeordnete Durchtrittsöffnung (6) in den waagerechten Kanal (5). Die Durchtrittsöffnungen (6) befinden sich nach Figur 2 an einem Ende der Heizwand. In der Nähe dieser Durchtrittsöffnungen (6) befindet sich weiterhin die Zufuhr (9) von Oxidationsmitteln, die von außen her geregelt zugeführt werden. Der waagerechte Kanal (5) befindet sich zwischen der Läuferwand (4) und der Wand, in der die Schaulöcher (7) angeordnet sind. Auf der der Läuferwand (4) abgekehrten Seite der Wand mit den Schaulöchern (7) strömt das Rohgas in dem waagerechten Kanal (5) in entgegengesetzter Richtung und wird über den Abzug (10) aus dem Verkokungssystem abgezogen.
Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, strömt das Rohgas aus dem Gassammelraum (2) über die Durchtrittsöffnungen (6a) zu den senkrechten Kanälen (11), in denen es nach Zufuhr von Oxidationsmitteln (9a) parallel zu den Heizwänden nach unten strömt, bis es über den Abzug (10a) aus dem Verkokungssystem abgezogen wird.
Bezugszeichenliste
(1)
Verkokungskammer
(2)
Gassammelraum
(3)
Heizzug
(4)
Läuferwand
(5)
waagerechter Kanal
(6), (6a)
Durchtrittsöffnung für Rohgas
(7)
Schauloch
(8)
Ofendecke
(9), (9a)
Zufuhr von Oxidationsmittel
(10), (10a)
Abzug des behandelten Rohgases
(11)
senkrechter Kanal

Claims (9)

  1. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas, wobei Einsatzkohle in einem Großraumverkokungsreaktor oder einer Vielkammerkoksofenbatterie verkokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen und das dabei anfallende Rohspaltgas als ökologische Energie das konventionelle Koksofengas ersetzen oder als Reduktionsgas einer Erzreduktion zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß, vorzugsweise nach Beendigung des Füllvorganges, die Hochtemperaturbehandlung, unabhängig von der Verbrennung des Heizgases in den Heizzügen, als integrierter Bestandteil des Verkokungsprozesses bei Temperaturen von über 800 °C, vorzugsweise 900 bis 1.300 °C, unter Zugabe einer bedarfsproportionalen Menge von Oxidationsmittel innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes erfolgt, wobei das Oxidationsmittel direkt dem ungekühlten Rohgas zugegeben und das Rohspaltgas zur weiteren Verwendung aus dem Verkokungssystem abgezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel in den Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllöcher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zugegeben wird und daß das Rohspaltgas über die Steigerohre und/oder an sich bekannte Überleitrohre aus dem Gassammelraum abgezogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel dem ungekühlten Rohgas am Fuß des Steigrohres oder in einer Gassammelleitung zugegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas aus dem Gassammelraum der Verkokungskammer in oberhalb der Heizzüge oder oberhalb des Gassammelraumes angeordnete waagerechte Kanäle und/oder in auf der den Verkokungskammern abgewandten Seite der Kanäle und/oder in auf der den Verkokungskammern abgewandten Seite der Heizzüge angeordnete senkrechte Kanäle zur Hochtemperaturbehandlung geleitet wird.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas bei der Hochtemperaturbehandlung durch Schüttungen oder Packungen aus Keramik- und/oder Katalysatormaterial geleitet wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofenblokkes, vorzugsweise der Verkokungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Heizzüge (3), vorzugsweise auf der Höhe des Gassammelraumes (2), sich in Längsrichtung der Heizwand erstreckende waagerechte Kanäle (5) angeordnet sind, die keine Verbindung mit den Heizzügen (3) haben, über Durchtrittsöffnungen (6) für das Rohgas mit dem Gassammelraum (2) in Verbindung stehen und Anschlüsse zur Zufuhr von Oxidationsmittel (9) sowie zum Abzug des behandelten Rohgases (10) besitzen.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofenblokkes, vorzugsweise der Verkokungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Ofenkammer (1) abgekehrten Seite der Heizzüge (3) ein oder mehrere senkrechte Kanäle (11) zur Hochtemperaturbehandlung des Rohgases angeordnet sind, die keine Verbindung mit den Heizzügen (3) haben, an ihrem oberen Ende etwa auf der Höhe des Gassammelraumes (2) waagerecht mit dem Gassammelraum (2) in Verbindung stehende Durchtrittsöffnungen (6a) für das Rohgas sowie vorzugsweise am oberen Ende Anschlüsse für die Zufuhr von Oxidationsmittel (9a) und am unteren Ende Anschlüsse für den Abzug des behandelten Rohgases (10a) besitzen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (6, 6a) für das Rohgas im Bereich eines Kopfendes der Verkokungskammer (1) und die Zuführung für das Oxidationsmittel (9, 9a) in der Nähe dieser Durchtrittsöffnungen (6, 6a) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der waagerechte Kanal (5) sich von einem Kopfende der Heizwand bis zum anderen Kopfende und zurück erstreckt, wobei Durchtrittsöffnung (6), Zufuhr für das Oxidationsmittel (9) und Abzug des behandelten Rohgases (10) sich an demselben Kopfende befinden.
EP95906938A 1994-01-18 1995-01-13 Verfahren zur hochtemperaturbehandlung von verkokungsrohgas Expired - Lifetime EP0740694B1 (de)

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DE4401119 1994-01-18
DE4421952A DE4421952C2 (de) 1994-01-18 1994-06-23 Verfahren und Vorrichtung zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas
DE4421952 1994-06-23
PCT/EP1995/000125 WO1995019405A1 (de) 1994-01-18 1995-01-13 Verfahren zur hochtemperaturbehandlung von verkokungsrohgas

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EP0740694A1 EP0740694A1 (de) 1996-11-06
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