-
Wassergaserzeuger und Verfahren zum Betreiben desselben Die Erfindung
betrifft einen Wassergaserzeuger mit einem Heißblaseraum und einem Vergasungsraum,
durch die der Brennstoff nacheinander hindurchgeführt wird, so daß ein kontinuierlicher
Blasegasstrom und Wassergasstrom erzeugt wird. Derartige Wassergaserzeuger sind
bereits in der Literatur beschrieben worden (vgl. Dr.-Ing. Paul Dolch, »Wassergas«,Leipzig,i936,S.236bisa38).
-
Bei diesen Gaserzeugern wird ein staubförmiger oder feinkörniger Brennstoff
benutzt. Derselbe wird z. B. mit dem Heißblasewind im Blasraum hochgeblasen, so
daß das Heißblasen in der Schwebe erfolgt, und der heißgeblasene Brennstoff setzt
sich in einer Tasche ab, in der er mit Wasserdampf vergast wird. Aus dem Vergasungsraum
wird der Brennstoff unten ausgetragen und zum Teil dem Heißblaseraum wieder zugeführt.
Es mag dahingestellt bleiben, ob mit diesen Gaserzeugern brauchbare Ergebnisse erzielt
werden können, da praktische Erfahrungen nicht vorliegen. Jedenfalls ist es aber
ein Nachteil, daß nur mit staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen gearbeitet
werden kann.
-
In dem Wassergaserzeuger nach der Erfindung kann Brennstoff beliebiger
Stückigkeit verarbeitet werden. Derselbe hat einen senkrechten oder nahezu senkrechten
Schacht mit einer oben angeordneten Beschickungsvorrichtung und einer unten angeordneten
Austragvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden, in ständigem Abwärtsfluß
befindlichen
Brennstoffsäule, in die etwa in Höhenmitte des Schachtes der Heißblasewind und am
unteren Ende der Vergasungsdampf eingeleitet werden, während das Wassergas-Dampf-Gemisch
-etwas unterhalb der Zuführungsstelle für den Heißblasewind abgeführt wird, so daß
der in der Brennstoffsäule nach unten wandernde .Brennstoff im oberen Schachtteil
heißgeblasen und im unteren Schachtteil vergast wird. Zur leichteren Trennung von
Gas und Wind kann der Schacht zwischen der Eintrittsstelle für den Heißblasewind
und der Austrittsstelle für das Wassergas eine Einschnürung erhalten. Ferner können
zu dem gleichen Zweck Regeleinrichtungen vorgesehen werden, mit denen der Gasdruck
an -der Wassergasaustrittsstelle in Abhängigkeit vom Winddruck regelbar ist.
-
Der Wassergaserzeuger nach der Erfindung kann in der verschiedensten
Weise betrieben -werden. Es ist z. B. mit Hilfe der vorerwähnten Regeleinrichtungen
möglich, ein Wassergas mit jedem beliebigen Stickstoffgehalt bis zum praktisch stickstofffreien
Wassergas zu erzeugen. Zur Erzeugung eines praktisch stickstofffreien Wassergases,
wie es z. B. für Hydrierwerke benutzt wird, wird der Gasdruck an der Wassergasaustrittsstelle
größer gehalten als der Winddruck an der Eintrittsstelle für den Heißblasewind.
Es strömt dann ständig etwas Wassergas in den Heißblaseraum über, wo es mit einem
Teil des Heißblasewindes verbrennt. Die hierbei entstehende Wärme braucht nicht
mit Kohlenstoff erblasen zu werden und wird dem Wassergasprozeß wieder zugeführt.
Verluste entstehen hierbei nicht, lediglich die Gaserzeugerleistung fällt etwas
ab.
-
Soll ein bestimmter Stickstoffgehalt im Wassergas eingeregelt werden,
z. B. für die Stickstoffsynthese, so wird der Gasdruck an der Wassergasaustrittsstelle
etwas niedriger gehalten als der Winddruck an der Eintrittsstelle für den Heißblasewind.
Je nach dem Druckunterschied wird dann eine größere oder kleinere Menge Heißblasewind
in den Vergasungsraum übertreten, wo der Sauerstoff mit dem Wassergas verbrennt,
während der Stickstoff mit dem Wassergas abgeführt wird.
-
Hinsichtlich der Beschaffenheit des Brennstoffes, mit dem in dem Schacht
gearbeitet wird, sind die verschiedensten Variationen möglich. Vorzugsweise wird
ein Brennstoffkreislauf angewandt. Es kann z. B. das am 'Schachtunterteil ausgetragene
Brennstoff-Asche-Gemisch nach Auswaschen der frei gewordenen Asche unter Zugabe
von frischem Brennstoff wieder in den Schacht oben eingegeben werden. Statt dessen
kann nur ein Teil des am Schachtunterteil ausgetragenen Brennstoff-Asche-Gemisches
zwecks Auswaschung der frei gewordenen Asche abgezweigt werden, während der andere
Teil unmittelbar zusammen mit dem gewaschenen Brennstoff unter Zugabe frischen Brennstoffes
in den Schacht eingegeben wird. In diesem Fall wird im Schacht mit einem hohen Aschegehalt
gearbeitet. Das hat verschiedene Vorteile. Mit der dadurch erzielten Auflockerung
des Brennstoffes, da dieser in der Asche weit verteilt ist, wird die C O-Bildung
hintangehalten, und man erhält ein Blasegas mit hohem C 02 Gehalt. Außerdem erhalten
die Einrichtungen zum Waschen des Brennstoffes kleinere Abmessungen. Man kann in
dem Bestreben, den Brennstoff im Schacht weit zu verteilen, so weit gehen, daß vorwiegend
Asche bzw. Schlacke im Kreislauf gehalten wird und am Oberteil des Schachtes nur
der für einen Kreislauf erforderliche Brennstoff zugesetzt wird, so daß am Schachtunterteil
praktisch reine Asche ausgetragen wird; damit fallen Einrichtungen zum Waschen des
Brennstoffes ganz weg.
-
Die in dem im Unterteil des Schachtes anfallenden Brennstoff-Asche-Gemisch
enthaltene Wärme kann für die Erzeugung des Vergasungsdampfes ausgenutzt werden.
Das kann in der Weise geschehen, daß im Schachtunterteil in das Brennstoff-Asche-Gemisch
Wasser eingespritzt wird. Man kann aber auch das Brennstoff-Asche-Gemisch durch
ein Wasserbad führen, das gleichzeitig als T auchverschluß des Vergasungsschachtes
dient. Auf diesem Weg kann jedes Wasser, auch Schwelwasser, ausgenutzt -werden.
-
Eine weitere Möglichkeit der Abwärmeverwertung besteht darin, daß
die fühlbare Wärme des abziehenden Wassergas-Dampf-Gemisches durch Wärmeaustausch
auf den Heißblasewind übertragen wird. Der Wärmeaustausch kann in jedem beliebigen,
nach dem Rekuperativprinzip oder nach dem Regenerativ prinzip arbeitenden Wärmeaustauscher
bekannter Bauart durchgeführt -werden. Besondere Bedeutung kommt aber im vorliegenden
Fall der Benutzung eines Wärmeaustauschers zu, bei dem ein aus körnigem Gut bestehender
Wärmeträger durch einen senkrechten Schacht, diesen ausfüllend, im Kreislaufdurchgesetzt
wird, durch den in getrennten Abschnitten die in Wärmeaustausch zu bringenden Gase
geführt --erden. Ein solcher Wärmeaustauscher hat die Eigenschaft, daß er gegen
das sehr heiße und staubhaltige Gas unempfindlich ist, während bei den anderen bekannten
Wärmeaustauschern unter solchen Bedingungen mit einer raschen Verkrustung der Heizflächen
zu rechnen ist.
-
Bei Benutzung des vorerwähnten Wärmeaustauschers kann als Wärmeträger
für den Wärmeaustausch zwischen Wassergas und Wind auch das aus dem Gaserzeugerschacht
unten ausgetragene Brennstoff-Asche-GemiSCh oder ein Teil desselben benutzt werden.
Diese :Maßnahme kommt insbesondere dann in Betracht, wenn in dem Schacht mit hohem
Aschegehalt gearbeitet wird, so daß das unten ausgetragene Brennstoff-Asche-Gemisch
nur noch wenig Brennstoff enthält. Der Restbrennstoff verbrennt dann mit einem Teil
des vorzuwärmenden Heißblasewindes und wird so noch nutzbar gemacht.
-
Der Gaserzeuger nach der Erfindung eignet sich für jeden Brennstoff,
so z. B. auch für die Vergasung von bituminösen Brennstoffen. Für Brennstoff mit
vorwiegend backendem Charakterkommen insbesondere diejenigen Verfahren in Betracht,
bei denen mit einem hohen Aschegehalt gearbeitet wird. Da in diesem Fall die Brennstoffkörner,
in Asche
eingebettet, Zweit verteilt sind, ist keine Gelegenheit
zum Zusammenbacken -der Brennstoffkörner gegeben.
-
Bei der Vergasung von bituminösen Brennstoffen wird vorzugsweise die
Brennstoffschicht über der Eintrittsstelle für den Heißblasewind so niedrig gehalten,
daß die abziehenden Gase eine für die Entteerung genügend hohe Temperatur haben.
Andernfalls würde in den oberen Brennstoffschichten eine Teerausscheidung stattfinden,
die bald zu einem Verstopfen des Gaserzeugers führen würde. Die abziehenden entteerten
Heißblasegase, die Entgasungsprodukte enthalten, können verbrannt und z. B. für
die Winderzeugung, Dampferzeugung od. dgl. nutzbar gemacht werden.
-
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
-
In Abb. i ist schematisch ein Gaserzeuger nach der Erfindung dargestellt.
Der senkrecht angeordnete Vergasungsschacht ist mit i bezeichnet. Oben ist auf dem
Schacht i eine Beschickungsvorrichtung mit einer drehbaren Schüssel 2 angeordnet,
in die der Brennstoff eingegeben wird und aus der er mit Hilfe von feststehenden
Räumschaufeln 3 bei der Drehung der Schüssel in den Schacht gefördert wird. Unten
taucht der Schacht i in eine Wasserschüssel 4, aus der ebenfalls mit feststehenden
Räumschaufeln 5 das Brennstoff-Asche-Gemisch ausgetragen wird. Mit Hilfe der Beschickungsvorrichtung
und der Austragvorrichtung kann die Durchsatzgeschwindigkeit des Brennstoffes im
Schacht genau eingeregelt werden, und durch Abstimmung der Fördergeschwindigkeit
der beiden Einrichtungen kann ein gleichbleibender Brennstoffstand im Schacht erzielt
werden.
-
Etwas über Höhenmitte des Schachtes mündet in diesen die Leitung 6
für die Einführung des Heißblasewindes. Der Heißblasewind durchströmt den darüberliegenden
Teil der Brennstoffsäule, und die Heißblasegase treten oben durch den Gasabzug aus.
In der Nähe des unteren Endes wird durch eine Leitung 8 der zur Vergasung dienende
Wasserdampf in die Brennstoffsäule eingeleitet. Das Wassergas-Dampf-Gemisch zieht
dicht unterhalb der Eintrittsstelle der Leitung 6 für die Zuführung des Heißblasewindes
durch eine Leitung 9 ab.
-
In dem oberen Schachtteil wird also der Brennstoff heißgeblasen, d.
h. es wird ihm durch Verbrennen eines Teiles des Brennstoffes die für die Wassergaserzeugung
erforderliche Wärme zugeführt. Der heißgeblasene Brennstoff gelangt dann in die
zwischen den Leitungen 8 und 9 befindliche Vergasungszone, in der seine Temperatur
von oben nach unten abnimmt. Da die Temperaturverhältnisse in dem Vergasungsraum
ständig gleichbleiben, ist auch mit einem gleichbleibenden Vergasungsgrad zu rechnen,
und zwar ist ein hoher Vergasungsgrad zu erwarten, da das Wassergas-Dampf-Gemisch
in dem oberen Teil des Vergasungsraumes ständig mit dem auf die höchste Temperatur
heißgeblasenen Brennstoff in Berührung kommt.
-
In Abb. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Vergasungsschachtes
gezeigt. Als Sonderheit ist hier zu erwähnen, daß der Schacht etwa in Höhenmitte
zwischen der Eintrittsleitung 6 für den Heißblasewind und der Austrittsleitung 9
für das Wassergas-Dampf-Gemisch eine Einschnürung io aufweist. Die Einschnürung
hat den Zweck, eine leichtere Trennung zwischen Gas und Wind zu ermöglichen. Ferner
ist als Sonderheit hervorzuheben, daß der Heißblaseraum einen kleinen Durchmesser
aufweist, während der für die Gaserzeugung benutzte Schachtunterteil erheblich erweitert
ist. Hierdurch wird erreicht, daß das Blasen mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgt,
wodurch der CO-Gehalt des Blasegases bekanntlich beträchtlich herabgesetzt wird.
Die eigentliche Wassergaserzeugung findet infolge des großen Schachtquerschnittes
im Vergasungsraum bei geringer Strömungsgeschwindigkeit, also ebenfalls unter günstigen
Bedingungen statt.
-
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i die Zu- und Abführung
der Medien durch außerhalb des Schachtes liegende Ringleitungen mit radialen Abzweigen
erfolgt, sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 an den Zu- und Abführungsstellen
im Schacht Ringräume i i und i2 ausgespart, in denen der Brennstoff zur Bildung
von Hohlräumen im Böschungswinkel liegt. Die Einführungsleitung 8 für den Wasserdampf
ist in Abb.2 nicht vorgesehen. Auf den Grund hierfür wird weiter unten näher eingegangen.
-
Zur Trennung von Wind und Gas sind ferner in der Zeichnung nicht dargestellte
Regeleinrichtungen an sich bekannter Art vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem
Winddruck in der Leitung 6 den Druck des Wassergas-Dampf-Gemisches in der Leitung
9 regeln. Mit Hilfe dieser Regeleinrichtungen kann, wie schon oben erwähnt, zur
Erzielung eines stickstofffreien Wassergases in der Wassergasaustrittsleitung 9
ein etwas höherer Druck als in der Windeintrittsleitung 6 eingeregelt werden, so
daß ständig etwas Wassergas in den Heißblaseraum überströmt und dort mit einem Teil
des Blasegases verbrennt. Umgekehrt kann durch Einstellung eines niedrigeren Druckes
in der Wassergasaustrittsleitung 9 erreicht werden, daß aus dem Heißblaseraum Heißblasewind
in den Vergasungsraum übertritt, wo sein Sauerstoff mit einem Teil des erzeugten
Wassergases verbrennt, während der Stickstoff mit dem Wassergas abgeführt wird.
Auf diesem Wege kann ein Wassergas mit einem gewünschten Stickstoffgehalt erzeugt
werden.
-
In den Abb. 3 bis 5 sind verschiedene Möglichkeiten für die Durchführung
eines Brennstoffkreislaufes dargestellt.
-
Nach Abb.3 wird der unten aus der Wasserschüssel 4 ausgetragene Brennstoff
insgesamt einer Wäsche 13 zugeführt, in welcher die frei gewordene Asche von dem
Brennstoff getrennt und bei 14 abgeführt wird, während bei 15 der ausgewaschene
Brennstoff ausgetragen und oben wieder in die EintragsChüssel 2 hineingegeben wird.
Als Ersatz für die in der Wäsche 13 ausgewaschene Asche wird eine entsprechende
Menge frischen Brennstoffes laufend in die Eintragschüssel 2 eingegeben. Die
Eintragung
des frischen Brennstoffes erfolgt durch den mit 16 bezeichneten Beschickungstrichter.
-
Nach Abb. q. wird von dem aus der Schüssel d. ausgetragenen Brennstoff-Asche-Gemisch
nur ein Teil in die wieder mit 13 bezeichnete Wäsche abgezweigt. Das übrige Brennstoff-Asche-Gemisch
wird unmittelbar in die Eintragschüssel2 zusammen mit dem in der Wäsche 13 ausgewaschenen
Brennstoff zurückgeführt. Nach Maßgabe des Ascheaustrages in der Wäsche 13 wird
durch den Trichter 16 frischer Brennstoff in die Eintragschüssel eingegeben. Während
nach Abb. 3 in den Schacht oben im wesentlichen reiner Brennstoff eingegeben wird,
der Asche nur in gebundener Form aufweist, wird nach Abb. 4. in dem Schacht mit
einem Brennstoff-Asche-Gemisch mit erheblichem Gehalt an freier Asche gearbeitet.
Je geringer der nach der Wäsche abgezweigte Anteil des Brennstoff-Asche-Gemisches
ist, desto höher ist der Aschegehalt in dem Vergasungsschacht.
-
Nach Abb. 5 wird vorwiegend nur Asche im Kreislauf gehalten. Frischer
Brennstoff wird durch den wieder mit 16 bezeichneten Trichter nur etwa in solcher
Menge in die Eintragschüssel2 eingegeben, daß ungefähr der für einen Kreislauf erforderliche
Brennstoffbedarf gedeckt wird. Es wird angestrebt, daß praktisch reine Asche unten
aus dem Vergasungsschacht ausgetragen wird. Von dem ausgetragenen Aschestrom wird
lediglich ein Teil entsprechend der Zugabe an frischem Brennstoff ausgeschieden.
-
Anstatt durch die Leitung 8 (Abb. i) Wasserdampf einzuführen, kann
auch in das Brennstoffett Wasser eingespritzt werden. Das im Unterteil des Schachtes
anfallende Brennstoff-Asche-Gemisch, das zwar für die Wassergasreaktion nicht mehr
genügend heiß ist, enthält im allgemeinen noch genügend Wärme, um den für die Durchführung
der Vergasung benötigten Wasserdampf zu erzeugen.
-
Die Einspritzleitung 8 kann auch ganz wegfallen. Der Vergasungsdampf
kann dann dadurch erzeugt werden, daß das im Unterteil des Schachtes befindliche
Brennstoff-Asche-Gemisch durch ein Wasserbad geführt wird. Ein geeignetes Wasserbad
ist immer dann vorhanden, wenn der Austrag am unteren Ende des Schachtes durch eine
Wasserschüssel erfolgt, die in den Abbildungen mit ¢ bezeichnet ist. Der beim Zusammentreffen
des Brennstoff-Asche-Gemisches mit dem Wasser entstehende Dampf steigt in der Brennstoffsäule
hoch und bildet mit dem heißgeblasenen Brennstoff Wassergas. Der Wasserdampfüberschuß
zieht mit dem Wassergas ab.
-
In Abb.6 ist vorgesehen, daß das abziehende Wassergas-Dampf-Gemisch,
das eine sehr hohe Temperatur hat, seine fühlbare Wärme in einem Wärmeaustauscher
18 an den Heißblasewind abgibt, der durch das Gebläse ig über den Wärmeaustauscher
geführt wird. In dem Beispiel nach Abb. 6 ist ein Röhrenwärmeaustauscher vorgesehen.
Das durch die Leitung g abziehende Wassergas-Dampf-Gemisch strömt beispielsweise
durch die Röhren und zieht oben durch eine Abzugsleitung 20 ab, während der Heißblasewind
außen an den Röhren v orbeiströmt und durch die Leitung 6 dem Schacht zugeführt
wird.
-
Abb. 7 befaßt sich ebenfalls mit dem Wärmeaustausch zwischen dem abziehenden
Wassergas und dem Heißblasewind. An Stelle des Röhrenwärmeaustauschers 18 ist ein
Wärmeaustauscher mit umlaufendem festem Wärmeträger vorgesehen, dessen Anwendung
dem Umstand Rechnung trägt, daß das aus dem Gaserzeuger austretende Gas bei sehr
hoher Temperatur einen erheblichen Staubgehalt aufweist. Dieser Wärineaustauscher
hat einen senkrechten Schacht 2i. Durch diesen Schacht wird ein körniger, z. B.
aus feuerfestem Werkstoff bestehender Wärmeträger durchgesetzt, der den Schacht
bis zu einer bestimmten Höhe vollständig ausfüllt. Die Durchsatzgeschwindigkeit
wird durch eine oben angebrachte Beschickungsvorrichtung 22 und eine am unteren
Schachtende vorgesehene Austragvorrichtung 23 geregelt. Die Beschickungsvorrichtung
22 und die Austragvorrichtung 23 können ähnlicher Art sein wie die entsprechenden
Einrichtungen bei dem Gaserzeuger nach der Erfindung. Der unten ausgetragene Wärmeträger
wird jeweils oben wieder eingegeben und führt also einen Kreislauf aus. Das aus
-der Leitung g austretende Wassergas wird etwa in Höhenmitte des Schachtes 21 durch
eine Leitung 24 in den Wärmeträger eingeführt und tritt nach Abgabe seiner Wärme
an den Wärmeträger am oberen Ende des Schachtes 2i durch die Leitung 25 aus. Der
Heißblasewind, der von einem Gebläse 26 kommt, wird durch die Leitung 27 in der
Nähe des unteren Endes des Schachtes 2i in den Wärmeträger ein-,geführt und tritt
etwa unterhalb der Einführungsstelle für das Wassergas durch die Leitung 28 aus
dem Schacht 21 aus, um dem Gaserzeuger durch die Leitung 6 zuzuströmen. Beim Durchströmen
des Wärmeträgers nimmt der Heißblase-wind die im oberen Schachtteil von dem Wassergas
an den Wärmeträger abgegebene Wärme auf.
-
Abb.8 zeigt die Verwendung des gleichen Wärmeaustauschers, jedoch
mit dem Unterschied, daß als Wärmeträger das aus dem Vergasungsschacht unten ausgetragene
Brennstoff-Asche-Gemisch benutzt wird. Dieses wird oben in den Schacht 2i des Wärmeaustauschers
eingegeben und unten ausgetragen. Ein Kreislauf des Wärmeträgers innerhalb des Wärmeaustauschers
ist nicht vorgesehen. Dieses Verfahren wird dann angewandt, wenn das aus dem Gaserzeugerschacht
i unten ausgetragene Brennstoff-Asche-Gemisch nur noch einen ganz geringen Brennstoffgehalt
hat. Das ist beispielsweise dann :der Fall, wenn nach Abb. 5 vorwiegend Asche im
Kreislauf gehalten wird. Der geringe Brennstoffgehalt der Asche verbrennt dann am
Unterteil des Schachtes 21 mit einem Teil des durchströmenden Heißblasewindes und
wird so für den Prozeß nutzbar gemacht. Die aus dem Schacht 21 unten ausgetragene,
praktisch reine Asche wird, nachdem ein Teil derselben abgeschieden worden ist,
oben in den Gaserzeugerschacht zusammen mit dem benötigten frischen Brennstoff eingeführt.
Anstatt
das ganze aus dem Gaserzeugerschacht unten ausgetragene Brennstoff-Asche-Gemisch
über den Wärmeaustauscher zu geben, kann auch nur ein Teil dem Wärmeaustauscher
zugeführt werden, so daß der andere Teil unmittelbar oben in den Gaserzeugerschacht
zurückgeführt wird.
-
Bei der Vergasung von bituminösen Brennstoffen «-ird man die Brennstoffsäule
über der Eintrittsleitung 6 für den Heißblasewind nur niedrig halten, damit die
abziehenden Gase eine für die Teerbildung bzw. Teerabscheidung genügend hohe Temperatur
haben, und zwar je nach gewünschter Teerdualität Zoo bis 45o° C. Die permanenten
Bestandteile der Entgasungsprodukte im Heißblasewind können zu beliebigen Nutzzwecken
verbrannt «-erden.
-
Bei der Vergasung stark backender Brennstoffe arbeitet man vorteilhaft
mit starker Aschenanreicherung im Vergasungsschacht, insbesondere nach Abb.8. Die
einzelnen Brennstoffteile sind dann durch Asche voneinander getrennt, so daß ein
Zusammenbacken unmöglich ist.