-
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.