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Verfahren zur Erzeugung von brennbaren Gasen aus Kohlenstaub Heim
Vergasen von l#,'oltlettstaul> mit Luft und Wasserdampf bzw. mit Sauerstoff oder
sauerstoffhaltigen Gasen und Wasserdampf macht man immer wieder die in der Natur
der Sache liegende Beobachtung. <laß, zumal bei an flüchtigen Bestandteilen reichen
Kohlen, die Entgasungsprodukte die Qualität des Gases stark verbessern. Es ist bekannt,
daß die F.ntgasuttg der Kohle, ganz gleich ob es sich um Braunkohle, Lignite oder
Steinkohle handelt, nicht den @V<irtneaufwand erfordert wie die Vergasung des
reinen Kohlenstoffes. Bei der Vergasung wird tnan vorzugsweise von einem hocherhitzten
Vergasungsmittel ausgehen. Man wird also die Mischung aus sauerstoffhaltigen Gasen
und Wasserdampf vorzugsweise in Regeneratoren möglichst hoch erhitzen, und zwar
kann man hier beispielsweise bis auf Temperaturen von 1200 bis 130o° C, unter Umständen
auch noch höher gehen. Aber auch tiefere Temperaturen sind unter Umständen angemessen.
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Für die Erhitzung dieser Regeneratoren benötigt man immer eine gewisse
Heizgasmenge, die beim Betrieb eines Schwachgaserzeugers von der erzeugten Gasmenge
abgezweigt wird. Bleibt man beim Beispiel des mit Wasserdampf und Luft erzeugten
Generatorgases, so läßt sich nun die Qualität bzw. der, Heizwert des Generatorgases
erheblich erhöhen, wenn tnanerfindungsgemäß folgendermaßen arbeitet. Die Vergasung
des Brennstoffes wird in zwei Stufen vorgenommen. Die erste Stufe ist die reine
Entgasung des Brennstoffes, also die Austreibung der flüchtigen Bestandteile aus
dem Kohlenstaub, und die zweite Phase ist die Vergasung des restlichen Kohlenstoffes,
also des fixen Kohlenstoffes zusammen mit Luft und Wasserdampf bzw. mit sauerstoffhaltigen
Gasen und Wasserdampf bei anderen
t@asarten. Nun ist ein wesentlicher
Punkt der Erfindung der. claß die Entgasung des Brennstoffes mit der Abwärme des
Vergasungsprozesses vorgenommen wird, so daß also für die Entgasung des Brennstoffes
kein besonderer Aufwand all Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen nötig ist.
Diese Ausnutzung der Abwärme für die Entgasung des Brennstoffes wird so vorgenommen,
daß entweder der Frischtaub in einem Teil der heißen, den Gaserzeuger verlassenden
Gase eingetragen wird oder claß die Eintragung des Brennstoffes in einen Teil der
den Gaserzeuger verlassenden Gase mit dem Durchfluß dieser mit Staub beladenen Gasmenge
durch eine von der gesamten oder einem großen Teil dieser Gase aufgeheizten Mauerwerksmasse
kombiniert wird, so daß also eine regenerative Wirkung des Nfauerwerkes erreicht
wird. Eine wichtige Verfahrensmaßnahme des Verfahrens nach der Erfindung ist ferner
die. daß der Staub nur in einen Teil der aus (lern Schwelkoksstaub erzeugten Gase
eingebracht wird, so daß dieser Teil durch die Anreicherung finit den Schwelgasen
besonders hochwertig wird, zumal bezüglich des Heizwertes. Dabei können die Temperaturen
so gewählt werden, daß das beim Schwelen frei werdende '-Methan zwecks Erreichung
eines hohen Heizwertes im Starkgas mehr oder weniger erhalten bleibt. Der andere
Teil des Gases, in den kein Frischstaub eingetragen wird, wird nach Abkühlung und
Reinigung zum Beheizen der Regeneratoren benutzt, die das Vergasungsmittel vorwärmen.
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Es ist auch möglich, größere Gasmengen mit niedrigerem Heizwert, also
ohne Hinzusetzen von Schwelgasen, aus dem Gaserzeuger abzuziehen, als für die Erhitzung
der Regeneratoren nötig sind. und diese überschießende Gasmenge dann für irgendwelche
anderen Heizzwecke zu verwenden. Wenn z. B. die Aufgabe vorliegt, aus Kohlenstaub
auf einer Kokerei ein Schwachgas für die Unterfeuerung der Ofen zu erzeugen und
dabei gleichzeitig gewisse Gasmengen so hochwertig herzustellen, daß sie wirtschaftlich
über eine gewisse Entfernung in Rohrleitungen zu anderen Zechen fortgeleitet werden
können, so wird man, wie oben beschrieben, vorgehen. Man kann in diesem Falle also
eine gewisse Gasmenge mit einem 'hohen Heizwert abziehen, indem man die gesamten
Schwelgase in diesem Gas beläßt, und auf der anderen Seite wird das restliche Gas
ohne Schwelgasbeimischung abgezogen, das dann für die Beheizung der Regeneratoren
der Anlage selbst und für die Beheizung der Koksöfen auf der betreffenden an Ort
und Stelle befindlichen Kokerei dient. Nimmt man z. B. eine aschereiche Kohle mit
etwa 20% Asche an, die je nach der Art der Kohle 3o bis 4o0/0 flüchtige Bestandteile
enthält, je nachdem also, ob es sich um eine Steinkohle oder um einen älteren Lignit
handelt, so kann man bezüglich des Heizgases für die Regeneratoren der Anlage. das
ohne Schwelgas abgezogen wird, bei einer bestimmten Vorwärmung des Vergasungsmittel:
einen Heizwert von ungefähr 1200 bis 130ö kc al/Nm3 voraussetzen, hingegen
wird das bessere Gas, das die Schwelprodukte enthält, mit einem Heizwert von r6oo
bis r7oo kcal/Nm3 zur Verfügung stehen. Wird jedoch ein weiterer Verbraucher
auf der Anlage selbst mit dem Generatorgas von 1200 his 1300K-Cal/7-M3 versorgt,
dessen Belieferung etwa in derselben Größenordnung liegt wie die Heizgasmellge für
die Regeneratoren der Vergasungsanlage, so bekommt man in dem zur Verfügung stehenden
besseren Gas einen Heizwert von r8oo bis rgoo lccal/Nm3 und damit die Möglichkeit,
dieses nur aus Luft erzeugte Gelleratorgas zu benachbarten Zechen ohne große Kosten
weiterzuleiten.
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Das Verfahren kann nun durchgeführt werden entweder in vollkommen
kontinuierlichem Strom entsprechend Fig. r oder in einer diskontimlierlichen Fahrweise
entsprechend Fig. 2.
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Die Arbeitsweise nach Fig. r ist folgendermaßen: In den eigentlichen
Gaserzeuger a wird bei g bereits geschwelter Koksstaub eingesetzt. Bei h tritt das
hocherhitzte Vergasungsmittel hinzu, das durch Regeneratoren aufgeheizt worden ist.
Null hat der Gaserzeuger selbst zwei Abgänge, niilnlich einen am Ende bei c- und
einen bei d. nachdem ein bestimmtes Stück des Vergasungsweges zurückgelegt worden
ist. Bei d wird ein Gas abgezogen. das durch Vergasung des Schwelkoksstaubemittels
des hocherhitzten Vergasungsmittels erzeugt worden ist. Diese Vergasung ergibt ein
verhältnismäßig nicht sehr hochwertiges Generatorgas von z. B. 1200 bis
1300 kcal/Nm3 ungefähr. unter Umständen auch von r4oo und sogar r;oo kcal/N
m3, je nach derAufheizung des Vergasungmittels. I>ieses Gas fließt zunächst durch
einen Abhitzekessel kt und scheidet dann in einem Abscheider s1 den Reststaub aus.
Durch eile l_eitullg h gelangt e# iil den Wäscher i. wird hier vomReststaub befreit,
dann in einem Gasbehälter gespeichert und null für die Beheizung der Regeneratoren
der Anlage. die (las Vergasungsmittel erhitzen. verwendet oder aller für' diesen
Zweck benutzt und außerdem noch in gewisser Menge an andere Verbraucher des betreffenden
#,N'et;kes abgegeben. Bei f wird kurz nach dem Abzweig d der gesamte Frischkohlenstaub
eingespritzt. Dieser wird im restlichen Teil des Generators a geschwelt, wobei auch
je nach den sich dabei einstellenden Temperaturen schon eine gewisse Spaltung der
Kohlenwasserstoffe, zumal der schweren, eintritt. Auf die Größe der Spaltung der
Kohlenw-asserstoffe, die in den Schwelprodukten enthalten sind, kann man insofern
einen Einfluß nehmen, als je nach der Menge des bei d abgezogenen Schwachgases das
Verhältnis von restlicher Gasmenge und Frischkohlenstaubmenge sich ändert und damit
die Temperatur sich verschieden einstellt. Aber unter Umständen kann man auch durch
Zugabe einer kleinen bei r eingeführten Dampfmenge oder einer rückgeführten Gasmenge
die Temperatur weiter absenken. Die mit dem Schwelgas beladenen reicheren Generatorgase
verlassen nun hei c den Gaserzeuger, werden ebenfalls durch einen Abhitzekessel
k2 abgekühlt, und in dem Abscheider s., wird der gesamte Grudestaub. soweit irgend
möglich, abgeschieden. Durch die Leitung l_ fließt das reiche Generatorgas
in
den Wäscher 2 und voll hier aus in die Verbrauchsstellen bzw. in die Ferngasleitung.
Eine Staubpumpe p oder eine andere Fördereinrichtung bringt nun den Schwelkoksstaub
zusammen mit einem Teil des immer wieder zurückkehrenden, bereits anvergasten Staubes
bei g in den Gaserzeuger. Dadurch, daß nur bereits geschwelter bzw. allvergaster
Staub in den Gaserzeuger eingesetzt wird, gelingt es, den Aschegehalt des aus s1
abgezogenen Reststaubes sehr hoch und die Kohlenstoffverluste sehr gering zu halten,
so daß aus st eine nicht mehr vergasbare oder verbrennbare Asche abgezogen wird.
'%1an kann die Verhältnisse natürlich auch so einrichten, daß der aus s1 abgeschiedene
Reststaub noch für mindere Brennzwecke, also z. B. als Zusatzstaub ini Kesselhaus
Verwendung finden kann.
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Es ist auch möglich, den Staub aus s2 mit etwas liiilicreii Teniperaturc»
abzuscheiden und mit dieser 'höheren Temperatur in den Gaserzeuger bei g einzusetzen.
Hierzu ist es nur nötig, den Abhitzekessel statt vor. nu»nielir Hinter den .\bscheider
s2 zu legen. Unter Umständen ist es auch zweckmäßig, den Abhitzekessel k2 in zwei
Teile zu teilen und zunächst eine gewisse Vorabkühlung des Gases zu erreichen und
dann die restliche Abkühlung hinter <lern Abscheider vorzunehmen. Zweckmäßig
ist z. B. auch, den Dampf erzeugenden Teil des Abhitzekessels 'hinter dem Abscheider
und vor dem Abscheider die Dampfüberhitzung anzuordnen. Auf diese Weise kann man
den Schwelkoksstaub in den Gaserzeuger je nach den gewählten Verhältnissen vorzugsweise
bei Temperaturen zwischen 400 und 700° C, unter Umständen auch mit höherer oder
niedrigerer Temperatur einsetzen und damit eine ganz erhebliche Wärmeökonomie und
weitere Erhöhung des Heizwertes erreichen.
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Eine andere Durchführungsweise des Verfahrens zeigt Fig.2. Während
bei der Arbeitsweise nach Fig. i der Fluß der Gase und Stäube vollkommen kontinuierlich
war, wird bei der Durchführung nach Fig. 2 eine diskontinuierliche Arbeitsweise
durchgeführt, derart, <iaß in kurzzeitigen Perioden hintereinander angereichertes
Generatorgas und heizwertarmes Generatorgas hergestellt werden, indem also die Eintragung
des Frischstaubes nur in denjenigen Perioden geschieht, die für die Bereitung des
heizkräftigeren Generatorgases dienen. Diese Durchführungsart ist vor allem dann
anzustreben, wenn man darauf ausgeht, den Heizwert des reicheren Gases möglichst
hoch zu treiben und auf der anderen Seite größere Mengen armen Generatorgases abzuziehen.
In diesem Falle würde die fühlbare Wärme derjenigen Gasmenge, in die der Frischstaub
eingetragen wird, nicht für die Schwelung bzw. für die Aufspaltung des Schwelteers
ausreichen, und aus diesem Grunde wird hierfür die Wärme zu Hilfe genommen, die
in Zügen aus feuerfesten Steinen gespeichert worden ist. Die Rufheizung der Speichersteine
geschieht von denjenigen Gasen, die nicht zuni Schwelen des Frischstaubes benutzt
worden sind, die also den niedrigeren Heizwert und damit gleichzeitig eine höhere
Temperatur besitzen. Entsprechend Fig.2 läuft der Vorgang folgendermaßen ab: Im
Gaserzeuger d erfolgt wieder die Gaserzeugung, und zwar beider Gasarten, die in
kurzen Intervallen hintereinander hergestellt werden. Abwechselnd werden also das
reichere und das ärmere Generatorgas erzeugt. Dabei können die Intervalle z. B.
sein io Minuten reiches Generatorgas, 6 Minuten ärmeres Generatorgas oder 1s Minuten
reiches Generatorgas, 5 Minuten ärmeres Generatorgas. Die Umschaltung geschieht
automatisch von einer Schaltmaschine aus, wobei nur der Frischkohlenstrom, zwei
Reststaubklappen und die automatischen Schieber für die erzeugten Gase gesteuert
werden müssen. Der Schwelkoksstaub wird wieder bei g in den Gaserzeuger eingesetzt,
wobei bei b das hocherhitzte Vergasungsmittel hinzutritt. Die bei c mit Temperaturen
zwischen vorzugsweise goo und i ioo° C austretenden Gase gelangen zunächst in eine
Vorrichtung 1a, die der Wärmespeicherung dient. Diese besteht aus einem mit feuerfesten
Steinen ausgemauerten Behälter, der vorzugsweise mehrzügig ausgemauert ist, so daß
bei einem verhältnismäßig langen Weg die Steine leicht Wärme aufnehmen und abgeben
können. Durch entsprechende Ausbildung der senkrechten Züge wird dafür gesorgt,
daß sich nirgends größere Mengen Kohlenstaub absetzen können. Nach Austritt aus
lc gelangen die Abgase wieder durch einen Abhitzekessel k und dann in einen Staubabscheider
s. Die bei q aus s austretenden, vom Staub befreiten Gase gelangen dann in den Wäscher
Te, und von hier aus durch zwei automatische Ventile v, und v2 in die beiden Leitungen
h
und l2. Durch h wird beispielsweise das ärmere Generatorgas abgeleitet und
in einem Gasbehälter hespeichert und durch 1 2 das reichere Generatorgas.
Der aus dem Abscheider austretende Staub wird durch zwei automatische Klappen n1
und rat in zwei kleine Kohlenstaubbunker ml und m2 geleitet. Diese Bunker sind verhältnismäßig
klein, da sie nur kleine Staubmengen zu fassen brauchen, die während einer Betriebsperiode
von nur wenigen Minuten gespeichert werden müssen. Aus ml fördert eine Pumpe oder
Fördereinrichtung p1 den Staub bei g in den Gaserzeuger, und aus dem Bunker m2 wird
der Staub durch p2 entweder in die Aschenbeseitigung abgezogen oder aber, falls
sich die Ausnutzung des restlichen Kohlenstoffes noch lohnt, in ein Kesselhaus gefördert.
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Bei f, also nach dem Austritt der Gase aus dem Gaserzeuger a, wird
der Frischstaub zugegeben, so daß er in h abschwelt. Die Betriebsweise ist nun folgende:
Es ist gerade auf reiches Gas geschaltet worden, d.li. in f tritt io Minuten lang
frischer Kohlenstaub ein, und die Klappe n2 ist geschlossen und n1 offen. Der Staub
wird durch die Pumpe p1 in den Gaserzeuger gefördert, und zwar ist dieser Staub
eine Mischung aus Schwelkoksstaub und bereits anvergastem Staub aus dem Gaserzeuger.
Gleichzeitig ist das Ventil v1 geschlossen und das Ventil v, geöffnet worden,
so daß nunmehr das durch die Schwelgase angereicherte Generatorgas in die Leitung
1, gelangen kann. Nach Beendigung der io \linuten wird die Frischstaubzufuhr
bei f
unterbrochen, während die Klappe n1 geschlossen und Eil geöffnet
wird. Die Pumpe p, läuft weiter und fördert die Mischung aus Schwelkoksstaub und
anvergastem Staub weiter in den Gaserzeuger. Der jetzt in s abgeschiedene Staub,
der nicht mehr durch Schwelkoksstaub angereichert wird, gelangt nun <furch die
offene Klappen, in den Bunker kn, und kann von hier aus durch die Fördereinrichtung
p2 in die Aschenbeseitigung oder in das Kesselhaus gepumpt werden. Gleichzeitig
ist v= geschlossen und 7,1 geöffnet worden, so daß das arme Gas durch hin die hierfür
bestimmten Leitungen bzw. in den betreffenden Gasbehälter tritt. Dieser Vorgang
dauert beispielsweise 7 Minuten. Nach dem Ablauf der :Minuten wird wieder v1 geschlossen,
v, geöffnet. )E1 geöffnet, i12 geschlossen und bei f der Frischstaub für
weitere io Minuten eingesetzt. Die Dosierung des Frischstaubes bei f bzw. die Dosierung
der Pumpe p1 wird so vorgenommen, daß die in ml sich ansammelnde Mischung aus Schwelkoksstaub
und bereits anvergastem Staub ausreichend ist sowohl für die io-Minuten-Periode
der Starkgaserzeugung wie für die 7-Minuten-Periode der Schwachgaserzeugung. Während
die Eintrittstemperatur in 1E bei Zugabe des Frischstaubes beispielsweise zwischen
6oo und 8oo° C liegt, steigt die Temperatur bei Fortfall der Frischstaubzugabe auf
etwa goo bis i 10o° C an, so daß während dieser Zeit die Hochheizung der Mauerwerksmassen
in h vorgenommen und damit die für die Schwelung nötige Wärmemenge bereitgestellt
wird.
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Das Verfahren läßt sich in erster Linie anwenden und ist gedacht für
die Erzeugung von hochwertigem Generatorgas. Es ist aber auch möglich, die Vergasung
nicht mit Luft und Wasserdampf durchzuführen, sondern mit sauerstoffhaltigen Gasen
oder mit reinem Sauerstoff und Wasserdampf. In diesem Falle ist es nötig bzw. zweckmäßig,
während derjenigen Periode, in der der Frischstaub geschwelt wird, bei b als Vergasungsmittel
nur Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und Wasserdampf einzuführen
und bei Umschaltung auf die Schwachgasperiode den Sauerstoff bei b durch Luft zu
ersetzen. Auf diese Weise erreicht man die gleichzeitige Erzeugung von Starkgas
und Schwachgas, letzteres für die Beheizung der Regeneratoren der Anlage und unter
Umständen für weitere Verbraucher, die Schwachgas benutzen können. Wesentlich ist,
daß das Starkgas dabei mit einem sehr günstigen Sauerstoffverbrauch hergestellt
wird.
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Selbstverständlich ist es möglich, auch im Falle der Fig.2 den Schwelkoksstaub,
der bei g eingebracht wird, verhältnismäßig heiß zu benutzen, indem der Abhitzekessel,
ähnlich wie bei Fig. i, ganz oder teilweise hinter die Abscheidung s gelegt wird.
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Beim Zusatz von Sauerstoff während der Starkgasperiode bzw. beim Arbeiten
mit reinem Sauerstoff gelingt es bei geeigneter Kohle, ein Gas zu erzeugen mit einem
Heizwert, ähnlich dem normalen Koksofengas. Liegen die Betriebs- und Rohstoffverhältnisse
jedoch so, daß der normale Heizwert des Koksofengases nicht erreicht wird, so kann
man durch Karburierung mittels einer kleinen Heizölmenge während der Starkgasperiode
den Heizwert auf die gewünschte Höhe bringen. Hierzu ist es erforderlich, (las Ölwährend
der Starkgasperiode zusammen mit dein Schwelkokgstaub einzusetzen, natürlich durch
getrenEEte I-eittEEi"en.