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Verfahren zur Erzeugung eines hochwertigen Industrie- und Stadtgases
in stetig betriebenen außen beheizten Kammern unter Gasspülung im Gleichstrom mit
dem Brennstoff Auf dem Gebiete der Erzeugung von Industrie- und Stadtgas aus Brennstoffen
aller Art, insbesondere aus bituminösen Brennstoffen, sind zahlreiche Verfahren
entwickelt worden, die sich auch die Verwendung von Spülgasen -zunutze machen. Erfolgt
nun die Spülung im Gegenstrom zum abwärts sinkenden Brennstoff, so treten aus dem
von außen beheizten Entgasungsschacht und aus den oberen Schichten( der Brennstoffsäule
die Entgasungs- und Schwelprodukte mit großen Wasserdampfmengen in praktisch urizersetztem
Zustand heraus, und beim Verarbeiten von bituminösen Brennstoffen, z. B. Braunkohlenbriketts,
steigt der Kohlensäuregehalt des erzeugten Gases auf 2"ö °/o und darüber.
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Ein derartiges Gas wäre aber für Stadtgaszwecke nicht verwendbar,
ohne daß man eine nachfolgende Kohlensäurewäsche anwendet, um den Kohlensäuregehalt
auf mindestens ro % herabzudrücken. Da ferner der Wasserdampfgehalt des entstehenden
Produktionsgases sehr hoch ist, kann man niemals ohne eine vorhergehende Abscheidung
mitgeführter Teerdämpfe und Wiederverdampfung des Teeres eine nachfolgende Spaltung
desselben in nachgeschalteten Spalträumen erzielen, oder man ist genötigt, die Abspaltung
der Teerdämpfe in Gegenwart der übrigen Destillationsprodukte und dann in Gegenwart
der großen Wasserdampfmenge in oberhalb der-Entgasungskammer vorgesehenen heißen,
ungefüllt bleibenden Räumen durchzuführen. Aber auch in diesem Fall würde der im
Produktionsgas verbleibende Kohlensäuregehalt weit über ro % liegen.
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Um den Kohlensäuregehalt herabzudrücken, haben sich daher andere Verfahren
herausgebildet, bei denen der von außen beheizte Brennstoff im Gleichstrom mit der
nach unten wandernden Kohle durch Spülgase behandelt wird. In diesen Fällen- wird,
vorausgesetzt, daß die Spülgase in genügend großen Mengen vorhanden sind, der mit
dein Gas nach unten geführte Teerdampf in den etwa 80o° heißen Krackzonen restlos
aufgespalten. Auch eine teilweise Kohlensäurereduktion in derselben Krackzone drückt
den Kohlensäuregehalt im Produktionsgas herab. Wie schon angedeutet, muß aber die
Spülgasung mit reichlichen Spülgasmengen durchgeführt werden, da sonst Teeransammlungen,
Teerverkokungen und hierdurch bewirktes Hängenbleiben der Brennstoffsäule an den
Wandungen auftreten können.
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Beim Arbeiten auf Stadtgas mit einem Heizwert von rund 4000 kcal kann
die genügende Wassergasspülgasmenge nur dann zugesetzt werden, wenn deren Heizwert
mehr als z8oo kcal beträgt. Normal betriebene Wassergasgeneratoren, die in Wechselschaltung
(Blasen und Gasen) arbeiten, können nur bei sorgfältigster Beobachtung ein Gas von
z8oo kcal/ms erzeugen; meist wird der
Heizwert r -um -260o keal
.herum liegen, da immer erhebliche Stickstoffmengen im Wassergas vorhanden--sein
.werden.
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Wassergas in von außen beheizten Kam-:: mern hergestellt, ergibt dagegen
ein stick °, stoffärmeres Gas neben geringeren Kohlen-Säuremengen, wenn die Temperatur
der Kammer hoch genug ist. Aber auch hier wird man den Heizwert nicht dauernd auf
280o kcal halten können, da man die Temperatur in den Heizzügen nicht so hoch halten
darf, um die Temperaturen innerhalb der Vergasungskammer und im Vergasungskoks auf
90o bis iooo° zu bringen. Eine derartig beheizte Vergasungskammer würde in kurzer
Zeit Schmelzflüsse in den Heizzügen veranlassen. Meist wird die Temperatur im Kern
der zu vergasenden Koksmengen nur bei 80o bis 90o° liegen, so daß auch hier nur
ein Gas mit rund 270o kcal im steten Betrieb erzeugt werden kann.
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Ferner verlangen diese bekannten Verfahren, bei denen die Entgasungskammer
von der nachgeschalteten oder danebengestellten Koksvergasungsapparatur getrennt
angeordnet ist, eine sogenannte Koksaustragsschleuse, wodurch neben teilweiser Zermürbung
des an .sich stückig anfallenden Kokses stets mit einer vor der Austragung notwendigen
Temperaturherabsetzung des Kokses gerechnet werden muß. Hierdurch treten aber Wärmeverluste
auf, die anderenfalls dem Gesamtverfahren zugute kommen könnten.
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Die selbsttätige Koksaustragungsschleuse wird bereits durch ein bekanntgewordenes
Verfahren vermieden, das" den Entgasungsschacht in eine Salzschmelze tauchen läßt,
die auf etwa iooo° erhitzt wird, so daß entweder der entstehende Koks in einem unmittelbar
unter der Entgasungskammer befindlichen Vergasungsraum mit Wasserdampf behandelt
wird oder der nach dem unteren, mit Kochsalzschmelze angefüllten Kammerraum tretendes
Koks selbsttätig nach dem danebenliegenden, ebenfalls mit Salzschmelze angefüllten
Vergaserräumen gelangt, in denen er infolge seines niederen spezifischen Gewichts
selbsttätig durch die heiße Schmelze aufsteigt.
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In diesem Falle wird in die neben dem Entgasungsraum liegenden Vergaserräume
überhitzter Wasserdampf eingeblasen. Das hier erzeugte Wassergas wurde aber bei
diesem bekannten Verfahren in den unteren Entgasungskammerraum geleitet, so daß
das als Spülgas benutzte Wassergas im Gegenstrom zu den abwärts sinkenden Brennstoffmengen,
also aufwärts strömend, die Brennstoffsäule durchströmt. Da auf diese Weise Spülgas
und Produktionsgas gemeinsam mit den entstehenden Teer- und Wasserdämpfen in aufsteigendem
Strome kälteren Zonen zugeführt werden, kann, wie schon vorher ausgeführt .wurde.
keine erhebliche Teeraufspaltung und :X.ohlensäurereduktion in der Brennstoffsäule
':erfolgen. Man muß daher nachträglich das ge-`..särnte Gas-Dampf-Gemisch, das oben
aus der Brennstoffschicht austritt, durch nachgeschaltete glühende Zonen schicken
oder die Teerdämpfe nach ihrer Kondensation erneut einer Spaltanlage zuführen, wenn
sie im erzeugten Gas mit verwertet werden sollen.
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Es hat sich nun gezeigt, daß man die bei den vorher genannten Verfahren
vorhandenen Nachteile vermeiden kann, wenn das Wassergas aus der Salzschmelze und
das hochwertige Wassergas als Spülmittel, und zwar gleichgerichtet mit dem abwärts
wandernden Brennstoff verwendet wird.
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Gegenüber dem bekannten Verfahren, bei dem das Wassergas entweder
stetig in von außen beheizten Kammern oder in normal betriebenen Wassergaserzeugern
hergestellt wird, besitzt das in der Salzschmelze in bekannter°Weise erzeugte Wassergas
einen weit höheren Heizwert (3ooo kcal), da die Salzschmelze eine Temperatur von
etwa i ioo° besitzt. Infolgedessen kann man die Entgasung nach der vorliegenden
Erfindung mit weit größeren Spülgasmengen durchführen als bei Verwendung von üblichem
Wassergas mit 2,60o bis 270o kcal Heizwert, ohne befürchten zu müssen, daß der Heizwert
des Stadtgases unter 400o kcal sinkt.
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Ferner nimmt die Temperatur des im Entgasungsschacht (in Höhe der
Krackzone) befindlichen Kokses beim Eintritt in die Barunterliegende Kochsalzschmelzzone
noch innerhalb des unteren Kammerteiles und weiterhin bei dem Übertritt nach der
Wassergaserzeugungskammer zu, die absichtlich auf höhere Temperatur geheizt wurde
(etwa i1000).
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Die Vorteile des neuen Kombinationsverfahrens gegenüber den bisher
bekanntgewordenen Verfahren sind demnach folgende: Die Wa.sergaserzeugung erfolgt
bei hoher Reaktionstemperatur (etwa iioo°), ohne daß das erhaltene Wassergas durch
Anteile von Rauchgasen verunreinigt wird,; daher hat das gewonnene Wassergas einen
Heizwert von über 280o kcal und führt nur sehr geringe Mengen an un.zersetztem Wasserdampf,
Kohlensäure und Stickstoff mit sich.
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Diese Zusammensetzung des als Spülgas dienenden Wassergases läßt daher
die Erzeugung eines aus bituminösen Brennstoffen gewonnenen Gases unter Verwendung
weit größerer Spülgasmengen zu, als es bei den üblichen Wassergasspülverfahren möglich
ist, bei denen außerdem der Kohlensäure- und ebenso der Stickstoffgehalt durch beigemischte
Rauchgase
groß sind und schließlich auch die Menge des mitgeführten Wasserdampfes infolge
ungenügender Dampfzersetzung weit größer ist. Diese Vorteile können bei keinem bekannten
Gleichstromspülverfahren in bezug auf die Erzeugung des Wassergasspülmittels erreicht
werden.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Anlage beispielsweise dargestellt.
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Abb. i zeigt schematisch eine Entgasungsanlage für Braunkohlenbriketts.
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Abb. 2 zeigt einen senkrechten Teilschnitt durch den Wassergaserzeuger.
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Abb.3 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Wassergaserzeuger
in verkleinertem Maßstab.
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Aus dem Vorratsbunker i treten die bituminösen -Brennstoffe nach Durchlaufen
der selbsttätigen oder mit der Hand bewegten Eintragsschleuse 2 nach dem Zwischenbunker
3, von wo aust die Kohlen j e nach dem Verbrauch des Kökses bei der Wassergaserzeugung
selbttätig nach der Entgasungskamtner 4 abrutschen. Diese wird durch die Heizzüge
5 beheizt. Bei 6 wird zu den im obersten Kammerteil befindlichen Brennstoffmengen
Spülgas zugeführt. Im Schachtteil 7 wird durch die abwärts gerichteten Spülgase
die Trocknung, Schwelung und Entgasung vorteilhaft unterstützt. In der Temperaturzone
8, in der etwa 8oo° .erreicht -werden, findet die verlangte Teerdampfaufspaltung
und eine teilweise Kohlensäurereduktion statt, wobei man entsprechend der Abb. i
bei 9 den Austritt des Gasgemisches io beliebig verändern kann, so daß sich die
Spaltzone 8 entsprechend der eingezeichneten Linie 8a nach oben hin verschieben
läßt.
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Unterhalb des Gasaustrittes 9 dient der Kammerteil i i zur Nachentgasung
des Kokses, bis etwa die Temperatur iooo° innerhalb des Salzschmelzbades im untersten
Kammerteil erreicht ist, der in die Schmelzmasse 12 eintaucht. Infolgedessen ruht
der in der Entgasungskammer entstandene vollkommen entgaste Koks zum Teil auf dem
Boden des Schmelzbades bzw. der Schmelzbadwanne, andererseits steigt ein Teil des
Kokses entsprechend der in der Vergaserzelle 13 verbrauchten Menge durch die hier
auf etwa i ioo° gebrachte Salzschmelze infolge des bedeutend geringeren spezifischen
Gewichtes des Kokses gegenüber dem der Schmelze selbsttätig nach deren Oberfläche.
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In dieser Vergaserkammer wird der auf der Schmelze schwimmende, z.
T. untergetauchte Koks durch den in die Schmelze eingeführten überhitzten und Salzschmelztemperatur
annehmenden Wasserdampf restlos vergast.- Das erzeugte Wassergas wird unter entsprechender
-@ Einstellung der in Abb. i eingezeichneten Hähne 35 bis 45 entweder in der gesamten
Menge--oder nur zum Teil durch die Leitungen 14 und 15 der Entgasungskammer bei
6 zugeleitet. Überschüssiges Wassergas kann aber durch die Leitungen 14 und 16 nach
dem Wassergassammler 17 geführt- werden. Die Zuleitung i8 ermöglicht eine Wassergaszuführung
. zu der als Karburator dienenden Spaltkammer i9, aus der ein Wassergasspaltgasgemisch
durch die Leitungen 2o und 15 zwecks Bespülung der Kammer 4 nach dem Kammeroberteil
e geführt wird. Durch die entsprechenden Einstellungen der Hähne 35, 36, 37, 38,
39, 40, 41 bis 45 wird es möglich, entweder die gesamte Wassergasmenge oder nur
einen Teil des Wassergases nach dem Spaltraum zu schicken, während der Rest durch
die Leitungen 15, 16 und 22 seinen verschiedenen Bestimmungen zugeführt wird.
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Es kann also nebenbei Wassergasüberschuß aufgefangen -werden und außerdem-je
nach Bedarf Wassergas zur Spülung des Kammeroberteiles 7 und des Kammerunterteiles.
i i verwendet werden, und zwar würde durch die Leitungen 15 und 22 krackgasfreies
Wassergas zugeführt werden. Das durch die Leitung 22 geführte Spülgas tritt bei
24 in die Kammerzone ii.
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Durch entsprechende Einstellung der aus Abb. i ersichtlichen Dürchlaßhähne
ist es aber auch möglich,- in den Gassammler 26, in die Kammern bei 6 und 24 und
ferner in das fertige Produktionsgas durch die Leitung 2i unvermischtes Spaltgas
zu schicken oder auch Mischungen von Spaltgas und Wassergas in jeder notwendigen
oder gewünschten Zusammensetzung.
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Das Verfahren erlaubt somit die Spülung der oberen und unteren Kammer
mit reinere Wassergas, mit Gemischen von Wassergas und Spaltgas oder auch mit reinem
Spaltgas durchzuführen, ferner reines Wassergas, reines Spaltgas oder Gemische derselben
nach dem Sammelbehälter abzugeben sowie von dort an andere Verbrauchsstellen zu
leiten.
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,Außerdem ist bei dem Verfahren die Möglichkeit vorgesehen, innerhalb
des Gasraumes der Salzschmelze bzw. im Wassergaserzeuger die Teerkrackung oder Karburierung
vorzunehmen. In Abb. 2 und 3 ist die Lage der Wassergaserzeuger neben dem Entgasungsschacht
und den Beheizungsräumen der Salzschmelze zu erkennen sowie die Dampfzuführung in
das Schmelzbad der Vergasungskammern. Der in diesem Beispiel in die Mitte gelegte
Entgasungsschacht i i zeigt rechts und links die beiden Vergaserkammern 13 mit den
Dampfüberhitzerkammern 30 und den Dampizuführungen
31 sowie
den beiden längs liegenden Heizkammern 28 mit den Rauchgaskanälen 2g. Die in allen
Kammern enthaltenen Salzschmelzmengen, die von den Kammern 28 aus beheizt werden,
stehen durch die gemeinsame Schmelzwanne miteinander in Verbindung. Die Eintauchtiefe
der Trennungswände bzw. die Verbindungswege zwischen den Kammern sind aber so ausgebildet,
daß die einzelnen Gasräume voneinander getrennt sind, trotzdem der aus der Entgasungskammer
ii austretende Koks selbsttätig nach den Vergasungskammern 13 übertreten kann.
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-Das Spalten der zur Karburierung benutzten Stoffe kann im Gasraiun
des Vergasers bzw. der Salzschmelze stattfinden. Hierbei muß jedoch verhütet werden,
daß das Erzeugnis irr Gasraum durch zu langes Verweilen überhitzt und zu weitgehend
abgebaut wird. Aus diesem Grunde ist in den Salzschmelzraum des Koksvergasers i
i ein Tauchrohr 32 eingeführt, das von außen durch das über der Salzschmelze 12
in den Kammern 13 lagernde heiße Wassergas beheizt wird. Innerhalb des Tauchrohres
32 ist senkrecht beweglich ein zweites Rohr 33 angeordnet, durch welches das zur
Krackung benutzte Karburierungsmittel unter 'Druck oder Wasserdampfzusatz eingeführt
wird, wobei entsprechend dem angewandten Karburierungsstoff und dem gewünschten
Zersetzungsgrad das mittlere bewegliche Rohr 33 auf die notwendige Entfernung von
der Oberfläche der im Rohr 32 stehenden Schmelze eingestellt wird.
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Die Einführung des Karburierungsmittels erfolgt durch die Düse 3q.,
und das erzeugte Spaltgas-tritt aus dem zwischen den Rohren 32 und 33 befindlichen
Ringraum bei 32' aus, um von hier -aus an die einzelnen Verwendungsstellen abgeleitet
zu werden.
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Genau so wie bei den bekannten Entgasungs- und Schwelverfahren unter
Verwendurig der Salzschmelze wird auch beim Gleichstromspülverfahren für das verarbeitete
Ent- und Vergasungsgut eine selbsttätig und mechanisch bewegte Austragschleuse vermieden.
Die Temperatur des aus dem Zwischenbunker dem Entgasungsschacht zugeführten Gutes
nimmt von der Außentemperatur auf seinem -Wege bis zur restlosen Vergasung bis zu
der bei iioo° stattfindenden Vergasung stetig zu, wobei der gesamte Brennstoff in
nutzbares Gas umgewandelt wird. Es ist selbstverständlich, daß die in den Erzeugnissen
und in den Abgasen vorhandenen Wärmemengen für den beispielsweise außerhalb der
Entgasungskammer verlegten Spalt-bzw. Karburierungsvorgang und für die Dampferzeugung
weitgehend ausgenutzt werden.