DE1069570B - Verfahren zur Beseitigung der Backfähigkeit von feinkörnigen Kohlen oder Kohlenstaub - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung der Backfähigkeit von feinkörnigen Kohlen oder Kohlenstaub durch oxydative Wärmebehandlung vermittels eines sauerstoffhaltigen Gases bei erhöhter Temperatur in einem Wirbelbett und unter Abfuhr der überschüssigen Wärme. Es ist bekannt, daß durch eine oxydative Behandlung der Kohle, die auch als Alterung bezeichnet wird, die Backfähigkeit beseitigt werden kann. Die bisher bekanntgewordenen Oxydationsverfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Beseitigung der Backfähigkeit mit einem hohen Heizwertverlust der Kohle verbunden ist.

Es ist beispielsweise bekannt, Kohle in einer Trommel bei etwa 200 bis 260° C zu oxydieren. Da Kohle ein schlechter Wärmeleiter ist, läßt sich hierbei keine ig gleichmäßige Erhitzung der durch Drehungen der Trommel oder durch Drehungen eines Trommeleinsatzes bewegten Kohlenschicht erzielen, und es findet daher auch keine gleichmäßige Oxydation der Kohle statt. Da die Oxydationsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, wird eine möglichst hohe Oxydationstemperatur angestrebt, die je nach Art der Kohle eine bestimmte Grenze aber nicht überschreiten darf, damit nicht durch eine übermäßige Oxydation ein Teil der Kohle verascht und große Heizwertverluste auftreten. Bei der Anwendung hoher Temperaturen lassen sich infolge ungleichmäßiger Erwärmung der Kohle in einer Trommel örtliche Überhitzungen, die die vorgenannten Nachteile nach sich ziehen, nicht vermeiden. Es ist daher nicht gelungen, große Kohlenmengen in wirtschaftlicher Weise in einer Trommel zu oxydieren.

Zur Vermeidung von Überhitzungen und zur Erzielung einer gleichmäßigen Oxydationstemperatur wird bei einem anderen bekannten Verfahren die Kohle nicht in trockener Form, sondern in wasserhaltigem Zustand der oxydierenden Behandlung in einem geschlossenen Gefäß, z. B. einem Drehautoklav, unterworfen, wobei das dem Brennstoff beigemischte und gegebenenfalls zusätzlich in das Gefäß eingespritzte oder eingenebelte Wasser oder in das Gefäß eingeführter Wasserdampf als Wärmeakzeptor wirkt und durch Ablassen einer entsprechenden Wasserdampfmenge aus dem Reaktionsgefäß der Dampfdruck in dem Gefäß auf einer Höhe konstant gehalten wird, welche der gewünschten Temperatur im Reaktionsraum entspricht. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die Zumischung von Wasser zum feinkörnigen Brennstoff nicht mit der notwendigen Gleichförmigkeit erfolgen kann. Vielmehr bewirken die Kapillarkräfte des Wassers seine Ansammlung im Feinstkorn, so daß so eine gleichmäßige Wärmeabfuhr und infolgedessen die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Oxydationstemperatur im Reaktionsgefäß und insbesondere in den einzelnen Teilen der Kohle nicht möglich ist. Die nasse Verfahren zur Beseitigung

der Backfähigkeit von feinkörnigen

Kohlen oder Kohlenstaub

Anmelder:
Ruhrgas Aktiengesellschaft, Essen

Dipl.-Ing. Hans Sommers, Essen,

und Heinz Bathke, Castrop-Rauxel,

sind als Erfinder genannt worden

Oberfläche der Kohle ist der Oxydation auch weniger zugänglich als eine trockene Oberfläche. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Temperatur und Druck, welche beide die Oxydation beeinflussen, nicht unabhängig voneinander variiert werden können. Ferner erfordert die Durchmischung des nassen Brennstoffs und seine Einschleusung in den Reaktionsraum einen hohen Kraftaufwand und daher hohe Energiekosten. Schließlich besitzt das Verfahren den Nachteil, daß der aus dem Reaktionsraum abgelassene Dampf nicht nur mit den im Reaktionsraum anwesenden sauerstoffhaltigen Gasen bzw. den bei der Reaktion entstehenden Gasen, sondern auch mit feinen Brennstoffteilchen verunreinigt und daher fast unverwendbar ist, so daß die Verwendung des Dampfes als Nutzdampf äußerst beschränkt ist.

Es ist auch ein Oxydationsverfahren bekannt, bei dem Kohle in feinkörnigem Zustand in der Schwebe mit sauerstoffhaltigen Gasen bei Temperaturen zwischen 149 und 343° C oxydiert wird. Die Anwendung des an sich bekannten, als Aufschwebeverfahren oder Wirbelverfahren bezeichneten Verfahrens besitzt den Vorteil, daß infolge der ständigen Durchwirbelung des Schwebeoder Wirbelbettes, eine gleichmäßige Temperatur, d. h. eine gleichmäßige Erhitzung und Oxydation der Kohle erzielt wird. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß bei einer Temperatursteigerung durch die bei der Oxydation freiwerdende Wärme die Oxydationsgeschwindigkeit zunimmt, wodurch wiederum größere Wärmemengen fei werden und eine weitere Temperatursteigerung eintritt, so daß auch hier Überhitzungen und die dadurch bewirkten, obengenannten Nachteile auftreten. Die Steuerung der Temperatur im Wirbelbett mit Hilfe der Trägergas temperatur durch eine entsprechende Vorwärmung oder Kühlung des in das Wirbelbett eingeführten Trägergases ist zu träge, um plötz-

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liehe Überhitzungen oder plötzliche Unterschreitungen ster Weise die Einstellung einer gleichbleibenden Temder gewünschten Reaktionstemperatur rasch zu besei- peratur im Wirbelbett bzw. im Reaktionsraum, indem tigen. Dies hat eine ungleichmäßige Oxydation und da- die Temperatur im Wassermantel der im Innern des mit ein in seinen Eigenschaften stark schwankendes Reaktionsraumes gewünschten Temperatur angepaßt Erzeugnis ztir Folge. Darüber hinaus erfordert die 5 und dadurch eingestellt und konstant gehalten wird. Erwärmung bzw. Kühlung des Trägergases einen zu- daß der der gewünschten Wassertemperatur entsätzlichen Energieaufwand. Die gleichen Nachteile sprechende Druck im Wassermantel konstant gehalten besitzt auch der Vorschlag, die Temperatur des Wirbel- und dazu der im Wassermantel durch die aufgenombettes in der Weise zu steuern, daß der Sauerstoff- mene Wärme erzeugte Dampf in entsprechendem Maße gehalt des gasförmigen Oxydationsmittels derart be- ίο abgelassen und als Nutzdampf einer Verbrauchsstelle messen wird, daß die Reaktionswärme durch die Ab- zugeführt wird und Wasser in entsprechendem Maße wärme der nicht reagierenden Bestandteile des Gases nachgespeist wird. Infolgedessen sind bei dem Verfallgebunden wird, denn die Veränderung des Sauerstoff- ren nach der Erfindung die entstehenden Heizwertvergehaltes erfolgt erst, nachdem eine Überhitzung oder luste an sich schon gering, insbesondere dadurch, daß eine Unterschreitung der gewünschten Temperatur ein- 15 bei der gleichmäßigen und verhältnismäßig niedrigen getreten ist, so daß eine ungleichmäßige Oxydation Oxydationstemperatur, die z. B. vorzugsweise etwa und ein in seinen Eigenschaften schwankendes Erzeug- 250° C betragen kann, die Oxydationsdauer und die nis nicht vermieden werden kann. Abspaltung von flüchtigen, brennbaren Bestandteilen

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zur Regu- der Kohle auf ein Mindestmaß eingeschränkt werden lierung der Temperatur im Wirbelbett den Reaktions- 20 kann. Der Druck im Reaktionsraum kann unabhängig raum mit Mitteln zum Ableiten der entstandenen Reak- von der Temperatur und in einfachster Weise, beispielstionswärme auszustatten, beispielsweise mit Rohr- weise durch gesteuerte Ein- und Auslaßventile, auf den schlangen oder dergleichen, durch die ein Kühlmittel für diebetreffende Kohle jeweils günstigsten Wert einströmt. Aber hier kann eine Veränderung der Kühl- gestellt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Kornmittelmenge oder der Kühlmitteltemperatur erst erfol- 25 größe unter 1,5 mm Durchmesser, insbesondere einer gen, nachdem eine Überhitzung oder Unterschreitung solchen unter 1 mm Durchmesser, schon bei einer Aufder Temperatur im Wirbelbett bereits eingetreten ist, enthaltsdauer der Kohle von 15 bis 20 Minuten im so daß eine unregelmäßige Oxydation und ein in seinen Wirbelbett bei 250° C und einem Heizwertverlust der Eigenschaften schwankendes Erzeugnis nicht vermie- Kohle von nur etwa 5 % eine vollständige Beseitigung den wird. Ferner ist die zur Durchführung des Verfall- 30 der Backfähigkeit erreichbar ist und die so behandelte rens erforderliche Anlage relativ kompliziert und teuer. Kohle bei der Entgasung noch genau soviel Methan die Rohrschlangen sind einem starken Verschleiß durch und sonstige Gasbestandteile hergibt wie vor der Beden umherwirbelnden Brennstoff unterworfen, die Um- handlung und daher ihr Wert für die Erzeugung heizwälzung des Kühlmittels erfordert einen zusätzlichen kräftigen Gases nicht vermindert wird.
Energieaufwand, und der Nutzwert des durch die auf- 35 Die relativ große Wassermenge eines Wassermantels genommenen Wärmemengen erwärmten Kühlmittels vermag Temperaturschwankungen im Reaktionsraum ist nur gering. in hervorragender Weise auszugleichen und zu verhin-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ge- dem. Durch ein empfindliches Ablaßventil für den

schilderten Nachteile zu vermeiden. Bei dem Verfahren Dampf läßt sich der Druck im Wassermantel genau und

nach der Erfindung erfolgt die Beseitigung der Back- 40 selbsttätig regulieren und daher die Temperatur im

fähigkeit von feinkörnigen Kohlen oder Kohlenstaub Reaktionsraum mit großer Feinheit und Genauigkeit

durch oxydative Wärmebehandlung bei erhöhter Tem- einstellen. Das Verfahren nach der Erfindung ermög-

peratur im Wirbelbett und unter Abfuhr der überschüs- licht daher in einfachster Weise, eine hohe Temperatur

sigen Wärme in einem Reaktionsraum in der Weise, genau einzuhalten und Uberhitzungen, Unterschreitun-

daß die Oxydationstemperatur im Reaktionsraum von 4-5 gen der Temperatur sowie eine unregelmäßige Oxy-

vorzugsweise 250° C durch einen diesen umgebenden dation der Kohle zu vermeiden, so daß sich eine rasche

Wassermantel geregelt wird, indem der Dampfdruck Oxydation unter optimalen Bedingungen bei gleich-

im Wassermantel zwecks entsprechender Anpassung zeitig weitgehend schonender Behandlung und gerin-

der Wassertemperatur an die Oxydationstemperatur gem Heizwertverlust der Kohle durchführen läßt. Die

durch Ablassen von erzeugtem Dampf als Nutzdampf 50 bei der Oxydation freiwerdende Wärmeenergie wird

und durch Nachspeisen von Wasser konstant gehalten in Form eines wertvollen, hocherhitzten und hochge-

und die aus dem Reaktionsraum von dem Trägergas spannten reinen Dampfes gewonnen, der als Nutzdampf

ausgetragene oxydierte Kohle aus dem Trägergas ab- in jeder Weise verwendbar ist. Das Verfahren nach der

geschieden und einem wärmeisolierten Zwischenbunker Erfindung ermöglicht daher die Oxydation großer

zugeführt wird, in dem sie verweilt, bevor sie der wei- 55 Kohlenmengen in kurzer Zeit und in einer wirtschaft-

teren Verwendung zugeleitet wird. liehen Weise. Soweit die Oxydationswärme in die Ab-

Durch die Anbringung eines geschlossenen, wasser- gase geht, wird sie bei dem Verfahren nach der Erfingefüllten Mantelraumes um das Alterungsgefäß wer- dung weitgehend zurückgewonnen, wenn die Abgase den folgende großen Vorteile erreicht. Die bei der zum Teil im Kreislauf als Trägergase für die Frisch-Oxydation der Kohle entstehende Wärme wird von dem 6° kohle und nach Anreicherung mit Sauerstoff alsTräger-Wassermantel aufgenommen und zur Bildung von nutz- gas in den Prozeß zurückgeführt werden.
barem Hochdruckdampf ausgenutzt. Dabei ergibt die Es ist ein Verfahren bekannt zur Temperatursteue-Verwendung des an sich bekannten Wirbelverfahrens rung exothermer Umsetzungen, insbesondere zur mit der ihm eigenen ständigen Durchwirbelung des Methanisierung von Stadtgasen an Gastankstellen, mit Wirbelbettes einen günstigen Wärmeübergang vom 65 Hilfe eines wärmeübertragenden, flüssigen Mediums, Wirbelbett an den Wassermantel. Im Wirbelbett wird z. B. Druckwasser, welches zwischen Wärmeausdadurch eine an allen Stellen weitgehend gleichmäßige tauschern und einem Reaktionsofen umläuft, der mit Temperatur aufrechterhalten, die infolgedessen an der dem flüssigen Medium gefüllt ist und in seinem Innern für die Oxydation erforderlichen Grenze gehalten wer- mit Rohren ausgestattet ist, durch die die umzusetzenden kann. Außerdem erlaubt das Verfahren in einfach- 70 den Gase strömen; das temperaturregelnde, flüssige

Wärmeträgermedium durchläuft, vom Reaktionsappa- heblich herabgesetzt werden konnte, insbesondere wenn rat ausgehend, sowohl auf dem aufsteigenden als auch auch während der Nachalterung die Temperatur der auf dem absteigenden Weg des Thermosiphonstromes Kohle gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken daganz oder teilweise je einen Wärmeaustauscher, wobei durch konstant gehalten wurde, daß der Zwischender im aufsteigenden Strom liegende Wärmeaus- 5 bunker mit einem Wassermantel umgeben und zwecktauscher bei fehlender oder ungenügend entwickelter mäßig auch mit Wasserrohren durchzogen wurde, deren Reaktionswärme heizt oder andernfalls kühlt, während Wasserinhalt unter einem der einzuhaltenden Kohleder im absteigenden Strom liegende Wärmeaustauscher temperatur angepaßten konstanten Druck stand, indem bei größerer Wärmeentwicklung den Wärmeüberschuß in einfacher Weise der Wassermantel und die Wasserabführt. Während bei dem Verfahren nach der Erfin- io rohre des Zwischenbunkers mit dem Wassermantel dung ein Wassermantel als Wärmespeicher verwendet des das Wirbelbett enthaltenden Reaktionsgefäßes verwird, wird bei diesem Verfahren im Falle eines Wärme- bunden wurden.

bedarfs eine Aufheizung des Wassers in dem einen - Die Wärme, die in der Kohle im Zwischenbunker

Wärmeaustauscher vorgenommen und hierzu zusatz- aufgespeichert gehalten wird, geht nicht verloren, wenn

Hch Energie aufgewandt. Während bei dem Verfahren 15 die Kohle von dem Zwischenbunker unmittelbar der

nach der Erfindung die überschüssige Reaktionswärme Verwendungsstelle, z. B. der Entgasung, zugeführt

in Form eines heißen und hochgespannten Nutzdampfes wird.

gewonnen wird, erfolgt bei diesem Verfahren im Falle Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich nicht eines Wärmeüberschusses eine Kühlung des Wassers nur dadurch aus, daß der Heizwertverlust der Kohle in dem einen Wärmeaustauscher und eine Kühlung des 20 herabgesetzt wird, sondern insbesondere durch die Dampfes in dem anderen Wärmeaustauscher, wozu weitestgehende Nutzbarmachung der dem unvermeidwiederum zusätzlich Energie aufgewandt wird und wo- liehen Heizwertverlust entsprechenden erzeugten bei die überschüssige Reaktionswärme ungenutzt abge- Wärme und damit durch hohe Wirtschaftlichkeit,
führt wird und als Energie verlorengeht. Abgesehen Die Zeichnung zeigt zur Erläuterung des Verfahrens von dieser andersartigen Regulierung der Reaktions- 25 nach der Erfindung schematisch eine Vorrichtung zu temperatur ist bisher nicht erkannt worden, daß bei seiner Durchführung. Aus einem Vorratsbehälter 1 einem Verfahren zur oxydativen Behandlung von Kohle kommender Kohlenstaub wird durch eine Leitung 2, nichtnurdieteuren und energieverbrauchenden Wärme- die von einem Trägergas durchströmt wird, kontinuieraustauscher des bekannten Verfahrens zur Umsetzung lieh in das Reaktionsgefäß 3 eingeführt. Der Staub wird von Gasen entfallen können, sondern daß die über- 30 mit durch die Leitung 4 in das Reaktionsgefäß 3 einschüssige Reaktionswärme sich sogar in hochwertiger geführtem Trägergas (Luft oder Kreislaufabgas, dem Form gewinnen läßt. Bei der Umsetzung gleichmäßig Luft zugemischt wird) aufgewirbelt. Er verläßt mit strömender Gase ist die Führung der Gase in relativ etwas Trägergas durch die Leitung 5 das Wirbelbett, dünnen Rohren erforderlich, um eine gleichmäßige nachdem er fast bis zur vollständigen Beseitigung der Temperatur des Gases durch das die Rohre umspülende 33 Backfähigkeit durch Oxydation gealtert worden ist. Die Wasser zu erzielen. Es ist aber ferner nicht erkannt Alterungswärme geht durch die Wandung des Reakworden, daß diese komplizierte und teure Vorrichtung, tionsgefäßes 3 an das Wasser, das sich in dem geschlosdie beim Durchsatz von Kohle einem großen Verschleiß senen Zwischenraum zwischen der Wand des Reaktionsunterliegen würde, durch ein einfaches Reaktionsgefäß gefäßes 3 und dem Mantel 6 befindet und verdampft ersetzt werden kann, das lediglich mit einem Wasser- 40 wird. Über das Steuerventil 7 wird so viel Dampf entmantel umgeben wird. Denn es ist bisher nicht erkannt nommen, daß derjenige Dampfdruck aufrechterhalten worden, daß bei der Oxydation von Kohle in einem bleibt, der der gewünschten Wassertemperatur ent-Wirbelbett die Durch wirbelung des Wirbelbettes aus- spricht, die ihrerseits die Alterungstemperatur im Wirreicht, um die überschüssigen Reaktionswärmemengen belbett steuert. Selbstverständlich muß bei kontinuieran den Wassermantel abzugeben und eine gleichmäßige 45 lichem Betrieb entsprechend der Dampfentnahme Temperatur im Wirbelbett hervorzurufen. Speisewasser zugeführt werden.

Es hat sich weiter gezeigt, daß eine nach obigem Der gealterte Staub wird über den Staubabscheider 8 Verfahren noch nicht vollständig gealterte Kohle eine dem wärmeisolierten Zwischenbunker 9 zugeführt, wo erhebliche Nachalterung erfährt, wenn sie bei der er ohne weitere Sauerstoffzufuhr bis zur vollständigen Oxydationstemperatur lagert. Die oxydative Behänd- 50 Beseitigung der Backfähigkeit gealtert wird. Im darlung der Kohle im Wirbelbett wird daher um so viel gestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmeisolierung abgekürzt, daß die restliche Alterung sich in einem des Zwischenbunkers 9 dadurch bewirkt, daß er mit wärmeisolierten Zwischenbunker, in dem die Kohle ab- einem Mantel 10 versehen und von Rohren 11 durchgesetzt wird, vollzieht. Es ist bereits ein Verfahren zogen ist und der Zwischenraum zwischen dem Bunzum Herstellen von feinkörnigem Schwelkoks aus bak- 55 ker 9 und dem Mantel 10 sowie die Rohre 11 mit dem kenden Kohlen bekannt, bei welchem zunächst die Roh- das Reaktionsgefäß 3 umgebenden Wasserraum durch kohle zwecks Verminderung ihres Backvermögens auf die Rohre 12 in Verbindung gesetzt und mit umlaufen-Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes er- dem Wasser gefüllt sind. Vom Zwischenbunker wird wärmt, unter Aufrechterhaltung dieser Temperaturen der Kohlenstaub dann durch eine_t nicht dargestellte, oxydiert und anschließend abgeschwelt wird, wobei 6° durch einen Pfeil angedeutete Fördereinrichtung der die Kohle zwischen der Erwärmung auf die Oxydations- Verwendungsstelle zugeführt. Im Wirbelbett wird der temperatur und der Abschwelung in einen Zwischen- Sauerstoff bis auf etwa 1 °/o Gehalt im Abgas verbunker übergeführt wird, in dem die Kohle unter mög- braucht. Vom Trägergas mitgerissene Staubteilchen liebster Aufrediterhaltung der Oxydationstemperatur werden in einem Zyklon 13 abgeschieden und fallen so lange verbleibt, bis die gewollte Verminderung ihrer 55 wieder in das Wirbelbett zurück. Das Trägergas selbst Backfähigkeit erreicht ist. Es konnte festgestellt wer- verläßt durch die Leitung 14 als Abgas das Reaktionsden, daß durch eine Abkürzung der oxydativen Behänd- gefäß 3. Über eine Abzweigleitung 15 und einen Turbolung der Kohle im Wirbelbett und eine Nachalterung kompressor 16 wird ein Teil der Abgase als Trägergas von etwa 5 Stunden im wärmeisolierten Zwischen- der Frischstaubleitung 2 und als Trägergas der Leibunker der Heizwertverlust der Kohle noch weiter er- 70 tung 4 wieder zugeführt, in der es wieder mit Sauer-

Claims (2)

stoff gemischt wird, der durch eine durch einen Pfeil angedeutete Fördervorrichtung beispielsweise in Form von vorgewärmter Luft zugeführt wird. Der Rest der Abgase kann dann noch zur Vortrocknung des Frischstaubes, zur Vorwärmung der Luft oder sonstwie verwendet werden oder wird nach einer Feinentstaubung über Dach geblasen. Der in der Feinentstaubung abgeschiedene Staub wird dem Zwischenbunker zugeführt. IO I3ATEXTANSPRCcH E:

1. Verfahren zur Beseitigung der Backfähigkeit von feinkörnigen Kohlen oder Kohlenstaub durch oxydative Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur im Wirbelbett und unter Abfuhr der überschüssigen Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationstemperatur im Reaktionsraum von vorzugsweise 250° C durch einen diesen umgebenden Wassermantel geregelt wird, indem der Dampfdruck im Wassermantel zwecks entsprechender Anpassung der Wassertemperatur an die Oxydationstemperatur durch Ablassen von erzeugtem Dampf als Nutzdampf und durch Nachspeisen

von Wasser konstant gehalten und die aus dem Reaktionsraum von dem Trägergas ausgetragene oxydierte Kohle aus dem Trägergas abgeschieden und einem wärmeisolierten Zwischenbunker zugeführt wird, in dem sie verweilt, bevor sie der weiteren Verwendung zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierte Kohle während ihres Verweilens im Zwischenbunker durch einen den Zwischenbunker umgebenden, mit dem Wassermantel des Reaktionsraumes in Verbindung stehenden Wassermantel und vorzugsweise den Zwischenbunker durchdringende Wasserrohre auf der für die Oxydation der Kohle gewünschten Temperatur gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 607 806, 658 284;

deutsche Patentanmeldungen ρ 16958 IVc/ 12o (bekanntgemacht am 10. 5. 51), R 2351 IVb/12g (bekanntgemacht am 21. 2. 52);

französische Patentschrift Nr. 960 783;

Zeitschrift »Glückauf« 86 (1950), Nr. 43/44, S. 988, r. Sp. Abs. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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