DE540548C - Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen mit einem Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft - Google Patents

Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen mit einem Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft

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DE540548C
DE540548C DEM103228D DEM0103228D DE540548C DE 540548 C DE540548 C DE 540548C DE M103228 D DEM103228 D DE M103228D DE M0103228 D DEM0103228 D DE M0103228D DE 540548 C DE540548 C DE 540548C
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DE
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oxygen
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DEM103228D
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Dipl-Ing Curt Mueller
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J1/00Production of fuel gases by carburetting air or other gases without pyrolysis
    • C10J1/207Carburetting by pyrolysis of solid carbonaceous material in a fuel bed

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Description

  • Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen mit einem Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft Es ist bekannt, daß stickstoffarmes Generatorgas durch Vergasung von Brennstoffen durch ein Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft im kontinuierlichen Prozeß erzeugt werden kann. Erfolgte hierbei die Vergasung in einem gewöhnlichen Schachtgenerator, so ergab sich der Nachteil, daß durch lokale Überhitzung leicht ein Verschlacken des Generators eintreten und der Generator zum Erliegen kommen konnte. Auch eignet sich nicht jeder Brennstoff für dieses Verfahren. Z. B. ist feinkörniges oder staubförmige oder backende Kohle kaum verwendbar. Man hat auch schon versucht, feinkörnige oder staubförmige Brennstoffe mit Sauerstoff derart zu vergasen, daß sie vom Vergasungsmittel während der Reaktion in der Schwebe gehalten wurden. Hierbei wurde jedoch im Vergasungsraum der frisch eingeführte Brennstoff mit den bereits völlig oder teilweise vergasten Rückständen stark durchmischt, so daß einerseits Schwelung und Vergasung gleichzeitig erfolgten, andererseits der Vergasungsrückstand noch einen hohen Anteil von brennbaren Stoffen enthielt. Außerdem waren für dieses Verfahren umfangreiche und kostspielige Vorrichtungen erforderlich. Ferner wurde versucht, die Vergasung mittels Sauerstoff und Wasserdampf bei niedriger Temperatur im Schachtgenerator durchzuführen, um ein wasserstoffreiches und kohlenmonoxydarmes Gas zu bekommen. Bei dieser Betriebsweise des Generators erhielt man jedoch ein schlechtes Gas, und zwar ist dies darauf zurückzuführen, daß im Schachtgenerator die Wärmeverluste in der Hauptsache an der Wandung des Generators auftreten. Hier war die Abkühlung so groß, daß eine genügende Zersetzung des Wasserdampfes nicht mehr eintrat, zumal die Mengen des Vergasungsmittels, die bei der Sauerstoffvergasung aufgewendet werden müssen, gegenüber der gewöhnlichen Vergasung gering sind und die Durchtrittsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels mit Rücksicht auf die Reaktionsgeschwindigkeit nicht beliebig erhöht werden kann, so daß die bei der gewöhnlichen Vergasung bekannte erhöhte Vergasungsleistung in deri Randzonen bei der Sauerstoffvergasung nicht mehr zu beobachten ist und die Wärmeverluste durch Abkühlung somit nicht mehr ausgeglichen werden können.
  • Nach der Erfindung werden diese Nachteile der Sauerstoffvergasung dadurch beseitigt, daß die Vergasung im Drehrohr ausgeführt wird, z. B. in der Weise, daß ein Gemisch aus Wasserdampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft über oder durch den Brennstoff geleitet wird, der durch einen geneigten, innen ausgemauerten Drehofen sich bewegt. Die am oberen Ende des Drehrohres eintretende Kohle wird durch die Drehung des Ofens stark umgewälzt. Durch Anwendung entsprechender Einbauten kann diese Umwälzung noch begünstigt werden. Das Verfahren wird zweckmäßig so geleitet, daß die Kohle durch die Drehung des Rohres so hoch mitgenommen wird, daß sie durch den Gasstrom hindurchfällt. Hierdurch wird eine intensive Berührung zwischen Brennstoff und Gasstrom sichergestellt. Zweckmäßig wird das Gas bei diesem Verfahren im Gegenstrom zur Kohle geführt.
  • Es ist bekannt, die Vergasung von Brennstoffen mit @ Luft und Wasserdampf in einem Drehrohr auszuführen, durch das Brennstoff und Vergasungsmittel im Gegenstrom bewegt werden. Bei der Luftvergasung im Drehrohr kann jedoch nicht mit niedriger Temperatur gearbeitet werden, da einerseits das Erliegen des Generators wegen der geringeren Reaktionsfähigkeit der Luft und der aufgelösten Brennstoffschichten zu befürchten ist und es im übrigen auch an sich wirtschaftlich nicht zulässig ist, bei der Luftvergasung auf ein besonders wasserstoffreiches Gas zu arbeiten. Deshalb lag bei allen bekannten Vergasungsverfahren, die im Drehrohr ausgeführt wurden, die Vergasungstemperatur nahe an der Schlakkenschmelztemperatur, und es mußten häufig noch besondere Vorkehrungen getroffen werden, um das Schmelzen der Schlacke zu verhindern. Die Vergasung mit Sauerstoff und Wasserdampf gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß man bei hoher Vergasungsleistung auch bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, bei der Schlackenschmelzung sicher vermieden wird, ein vorzügliches Gas erzeugen kann, so daß nunmehr eine Verschlackungsgefahr im Generator nicht mehr zu befürchten ist.
  • Bei vielen Brennstoffen, insbesondere bei solchen mit niedrigem Schlackenschmelzpunkt, wie beispielsweise mitteldeutscher Braunkohle, hat es sich ferner gezeigt, daß die Durchführung des Vergasungsprozesses mit Temperaturen unterhalb der Schlackenschmelztemperatur zwangsläufig ein zugleich wasserstoffreiches und kohlenoxydarmes Gas liefert.
  • Noch wesentlicher ist der weitere Vorteil der Erfindung, daß das Vergasungsmittel ein geringes spezifisches Gewicht hat, und daß es selbst bei wesentlich höherem Brennstoffverbrauch der Menge nach noch nicht das bei Luft-Wasserdampf-Vergasung erforderliche übersteigt. Bei den bekannten Vergasungsverfahren im Drehrohr ergab sich nämlich der Gbelstand, daß mit dem Vergasungsmittel ein sehr hoher Anteil von feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffen aus dem Vergasungsraum abgeführt wurde. Die Staubbildung ist nun abhängig einerseits vom spezifischen Gewicht des Vergasungsmittels und anderseits von seiner Geschwindigkeit. Dadurch, daß erfindungsgemäß das Vergasungsmittel wegen seines hohen Wasserdampf- und fehlenden Stickstoffgehaltes ein geringes spezifisches Gewicht hat und die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels bei der gleichen Vergasungsleistung die bei der Luftvergasung übliche noch bei weitem nicht erreicht, wird einerseits ungleich weniger Staub von dem erzeugten Gas mitgeführt, anderseits ist aber auch das erzeugte Gas wegen seines hohen Wasserstoff-und Wasserdampfgehaltes wesentlich leichter als gewöhnliches Generatorgas. Demgemäß wird auch. die Staubabscheidung aus dem erzeugten Gas viel günstiger, und es sind die Einrichtungen für die Entstaubung entsprechend billiger und kleiner, so daß auch die Wärmeverluste in der Entstaubungsanlage merklich herabgesetzt werden.
  • Gegenüber den bekannten Vergasungsverfahren mit Sauerstoff und Wasserdampf im Schachtgenerator hat die Erfindung den Vorteil, daß die für die Wassergaserzeugung wichtige homogene Wassergasreaktion sich infolge des größeren zur Verfügung stehenden Raumes leichter und vollständiger ausbilden kann. Während im Schachtgenerator nur die kleinen Zwischenräume zwischen den Kohlenstückchen für die homogene Wasserreaktion zur Verfügung stehen, wird bei der Vergasung gemäß der Erfindung Brennstoff in aufgelösten Schichten durch das Drehrohr geführt, so daß der größte Teil desselben mit Gas gefüllt ist. Ferner findet im Drehrohr, insbesondere wenn bituminöse Brennstoffe verarbeitet werden, die Entgasung im wesentlichen getrennt von der Vergasung statt, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die im geschlossenen Brennstoffbett (Schachtgenerator) oder im Schwebezustand den Brennstoff vergasen und bei denen eine scharfe Trennung zwischen Vergasung und Entgasung sich nicht oder nur sehr unvollkommen verwirklichen läßt. Bei der Entgasung, die erfindungsgemäß in dem Teil des Drehrohrs stattfindet, der nahe der Brennstoffbeschickungseinrichtung liegt, entsteht, da das Schwelmittel reich an Wasserstoff, Wasserdampf und Kohlensäure ist, ein verhältnismäßig hoch aktiver Schwelkoks. Der Schwelkoks fällt nun während der Vergasung ständig durch das Vergasungsmittel hindurch, so daß er infolge seiner beachtenswerten katalytischen Eigenschaften die homogene Wassergasreaktion noch wesentlich begünstigt. Gegenüber den bekannten Verfahren entsteht also bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein sehr hochwertiges wasserstoffreiches Gas, und es werden die Wärmeverluste bei hoher Vergasungsleistung auf ein Mindestmaß zurückgeführt.
  • Die verhältnismäßig geringen Staubmengen, die von dem erzeugten Gas mitgeführt werden, können in einer unmittelbar an den Vergaser anschließenden Kammer zu Ende vergast «-erden, zweckmäßig unter Einblasen eines sekundären Stromes von Wasserdampf und insbesondere Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft. Am Boden der Kammer sammeln sich dann die Vergasungsrückstände, die nach bekannten Verfahren ausgetragen werden können. Oder es ist die Kammer als Staubkammer ausgebildet, in der sich ein großer Teil des Staubes abscheidet. Die restliche Entstaubung erfolgt zweckmäßig in noch heißem Zustand des Gases in einer elektrischen Gasreinigungsanlage. Der in beiden Entstaubungsvorrichtungen anfallende heiße Staub wird, wie bei bekannten Verfahren üblich, unmittelbar in das Drehrohr zurückgeführt. Werden erfindungsgemäß Brennstoffe verarbeitet, bei denen die aus dem Drehrohr ausgetragene Asche noch Brennbares enthält, so kann bei der Durchführung des Verfahrens im Gegenstrom die Asche in einer am unteren Ende des Drehrohres angeordneten besonderen Ausbrennkammer, z. B. durch das hier eintretende Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch, ausgebrannt werden. Hierbei läßt sich gleichzeitig auch die fühlbare Wärme der Asche zum Vorwärmen des Gemisches ausnutzen.
  • Eine zur Ausführung der Erfindung geeignete Vorrichtung ist in Abb. i beispielsweise dargestellt. Zur Verschwelung und Vergasung des Brennstoffs dient das schwach geneigte Drehrohr i, das in üblicher Weise ausgemauert ist und seinen Antrieb durch das Zahnradvorgelege 2 erhält. Die Kohle wird dem Drehrohr bei 3 aus dem Bunker .4 durch eine besondere Aufgabevorrichtung 5 zugeführt. Im ersten Teil des Drehrohrs erfolgt die Erhitzung und Entschwelung des aufgegebenen Brennstoffs, der durch die ständige Umwälzung mit dem erzeugten Gas bzw. dem Vergasungsmittel in innige Berührung gebracht wird und daher eine für den Vergasungsprozeß gemäß der Erfindung besonders wertvolle aktive Eigenschaft erhält. In diesem Teil des Drehrohrs setzt sich natürlich auch die im zweiten Teil eingeleitete Wassergasreaktion fort, und zwar reagiert der Wasserdampf insbesondere mit dem feinkörnigsten Teil des Brennstoffs, der sehr schnell abschwelt und daher besonders reaktionsfähig ist. Die Wassergasreaktion verläuft nun im ersten Teil des Drehrohrs naturgemäß bei wesentlich niedrigerer Temperatur als im zweiten Teil. Trotz der niedrigen Temperatur wird ein großer Teil des Wasserdampfes zersetzt, da die hochaktive Natur des mit Sauerstoff - und Wasserdampf teilweise vergasten Koks die Reaktionsgeschwindigkeit sehr beschleunigt, so daß der Gleichgewichtszustand der chemischen Reaktion noch annähernd erreicht werden kann. Die Reaktion des Gutes mit dem Sauerstoff erfolgt in der Hauptsache in dem zweiten Teil des Drehrohrs. Dieses liefert gleichzeitig also im wesentlichen die für die Schwelung und Wassergasreaktion erforderliche Wärme. Die Wärme wird dabei nicht nur mit den Gasen, sondern in hohem Maße auch durch Abstrahlung nach dem ersten Teil des Drehrohrs abgeführt, so daß, ausreichenden Wasserdampfzusatz vorausgesetzt, auch die Temperaturen im zweiten Teil des Drehrohrs die Schlackenschmelztemperatur nicht übersteigen.
  • Aus dem Drehrohr fallen die Vergasungsrückstände in die Kammer 6, aus der sie bei 7 ausgetragen werden. Das Vergasungsmittel, Wasserdampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherte Luft, wird bei 8 und 9 zugeführt. Es erwärmt sich an den heißen Verbrennungsrückständen und brennt dieselben, falls noch Brennbares in ihnen enthalten ist, aus. Von io aus kann das Arbeiten des Drehrohres und die Gastemperaturen im Drehrohr jederzeit kontrolliert werden. Die Regelung der Vergasungstemperatur im Drehrohr kann durch die Regelung des Durchsatzes wie auch durch die Veränderung des Wasserdampfzusatzes zum Sauerstoff erfolgen. Wird noch eine genauere Temperaturabstufung im Innern des Drehrohrs verlangt, so kann auch ein Teil des Vergasungsmittels bzw. Bestandteile desselben durch besondere Gaszuführungsleitungen an einzelnen Stellen des Drehrohrs eingeführt werden.
  • Das Vergasungs- und Entgasungsgas tritt aus dem Drehrohr in die Entstaubungskammer ii über, die es gereinigt bei i2 wieder verläßt. Die Staubabscheidung erfolgt nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich durch Ausfallen des Staubes, der sich im unteren Teil der Kammer sammelt und bei 13 abgeführt werden kann, um z. B. wieder unmittelbar der Aufgabevorrichtung 5 zugeführt zu werden. Durch Einführung von Wasserdampf, Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft bei 1q. und 15 kann auch der abgeschiedene heiße Staub zu Ende vergast werden.
  • Nach außen wird das Drehrohr zweckmäßig durch gekühlte Schleifringdichtungen 16 bekannter Konstruktion abgedichtet.
  • In der Abb. i ist das Drehrohr ohne Einbauten gezeichnet. Um eine bessere Durchmischung von Gas und Brennstoff zu erhalten, kann auch das Drehrohr mit Einbauten versehen werden, wie sie beispielsweise in Abb. 2 dargestellt werden. Die Einbauten haben auch den großen Vorteil, daß sie infolge ihrer höhen Wärmespeicherung die Vergasung und Verschwelung des Brennstoffs stark beschleunigen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen mit einem Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Drehrohr mit so hoher Wasserdampfzufuhr ausgeführt wird, daß die Vergasungstemperatur unter der Schlakkenschmelztemperatur liegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Brennstaubes in einer nachgeschalteten Staubkammer, vorteilhaft unter Zuführung eines sekundären Stromes von Wasserdampf und Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft, zu Ende vergast wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch x und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Drehrohr anfallende Asche in einer besonderen Aschenkammer ausgebrannt und außerdem die fühlbare Wärme der Asche zur Vorwärmung des eintretenden Wasserdampf-Sauerstoff-Stromes dient.
DEM103228D 1928-01-27 1928-01-27 Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen mit einem Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft Expired DE540548C (de)

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