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Außen beheizter senkrechter Kammerofen Zum Gewinnen eines für die
Synthese, z: B. die Benzin- und Ölsynthese, geeigneten, d. h. an Kohlenoxyd- und
Wasserstoff reichen Gases war es bisher erforderlich, ras bei den bekannten Ent-
und Vergasungseinrichtungen anfallende methanhaltige Gas beispielsweise durch nachträgliches
Überleiten über hocherhitzten Koks, gegebenenfalls zusammen Reit Wasserdampf, umzuformen.
Werden für das Ent- und Vergasen jüngere Brennstoffe verwendet, so müssen diese
vor dem Entgasen durch thermisches Vorbehandeln noch von Ballaststoffen für das
zu erzeugende Gas, wie Wasserdampf, Kohlensäure und Schwefelverbindungen, die beim
Erhitzen des Brennstoffes entstehen, befreit werden, wie dies. z. B. bereits bei
der Gewinnung von hochwertigem Gas beim Entgasen von Braunkohle durch Erhitzen des
Brennstoffes in; einer Vorbehandlungs.zone biekannt ist. Bis zum Gewinnen des angestrebten
Endgases sind also eine Reihe sich iergänzender Maßnahmen in der Behandlung des
Durchsatzgutes durchzuführen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Durchführen dieser
Maßnahmen, die es. ermöglicht, in stetigem Betrieb durch Ent- und Vergasen von Brennstoffen
ein solches an Kohlenoxyd und Wasserstoff reiches Gas (Synthesegas) unmittelbar,
d. h. ohne späteres Umformen, herzustellen. Sie besteht aus einem von außen beheizten
Entgasungraum, der mit einem mittelbar beheizten, mit einer oder mehreren Gasabzugsöffnungen
versehenen Vorbehandlungsraum verbunden ist, wobei der sich unten an den Entgasungsraum
unmittelbar anschließende Umwandlungsraum in verschiedenen Höhen Dampfanschlüsse
besitzt und die Gasaustrittsöffnung, wie an sich bei ähnlichen Öfen bekannt, oberhalb
der unteren Wassergaszone liegt. Beim Betrieb eines solchen Ofens wird in ununterbrochenem
Arbeitsgang der Brennstoff zunächst von Wasserdampf, Kohlensäure" Schwefel u. dgl.
unter Herausleiten dieser Stoffe befreit und anschließend in einer Hochtemperaturzone
entgast. Die Entgasungserzeugnisse werden in dem ;gleichen Raum zusammen mit Wasserdampf
durch eine an die Entgasungszone anschließende außen beheizte, mit glühendem Koks
gefüllte Reaktionzone (Umwandlungsraum) im Gleichstrom mit dem Brennstoff geleitet
und am Ende dieser Zone unter Zumischen von Wassergas, das. in einer Wassergaszone,
die sich unmittelbar an die Reaktionszone anschließt, in regelbarer Menge erzeugt
wird, als ein an Kohlenoxyd und Wasserstoff reiches Gas .aus dem Ofen herausgeleitet.
Als Entgasungsrückstand fällt Koks an, der den für den gesamten Ofenbetrieb erforderlichen
Wärmebedarf deckt. Der zur Verwendung
gelangende Brennstoff kann
Braunkohle, Lignit, Flammkohle und ähnliche Kohlenarten sein.
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Der Brennstoff wird vorteilhaft kleinstül#-,,-'-kig oder in mittelgroßen
Körnungen oder in"@: Brikettform in den mixt dem Entgasungsran@,@; verbundenen Vorbehandlungsraum
gebracht. Er durchwandert ihn stetig und tritt dann in den Entgasungsraum über,
den er ebenfalls stetig durchwandert. Auf seinem ganzen Weg durch die Einrichtung
wird der Brennstoff mittelbar erhitzt. Der als Koks anfallende Brennstoffrest wird
am unteren Ende des Vergasungsraumes stetig abgezogen.
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In dem Vorbehandlungsraum, der gegebenenfalls im Gegenstom zum Durchsatzgut
und vorteilhaft durch die Abgase des Ofens beheizt werden kann, wird der Brennstoff
allmählich bis auf eine Temperatur von etwa 400'C erhitzt. Die Endtemperatur hängt
jedoch von dem jeweils verwendeten Brennstoff ab. Dieser gibt auf seinem Wege durch
den Vorbehandlungsraum entsprechend der sich steigernden Erhitzung zunächst Wasserdampf
und Kohlensäure ab. Mit vorschreitendem Erhitzen, hauptsächlich im unteren Teil
des Vorbehandlungsraumes, bildet sich aus dem entstehenden Wasserdampf und dem organischen
Schwefel Schwefelwasserstoff; daneben entwickeln sich aus den niedrig siedenden
Kohlenwasserstoffei Teerdämpfe-. Diese Gase und Dämpfe werden entweder durch einen
Gasabgang zusammen oder durch mehrere Einzelgasabgänge, jede für sich getrennt,
aus dem Vorbehandlungsraum herausgeleitet.
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Zweckmäßig ordnet man den Gasabgang möglichst am unteren Ende des
Vorbehandlungsraumes an; so daß- alle entstehenden Gase durch eine Leitung abgezogen
werden. Dies ist vorteilhaft, wenn keine besondere Verarbeitung des Gases zum Gewinnen
von Erzeugnissen aus diesen erfolgen soll. Soll aus den Gasen aber beispielsweise
Schwefel oder Teer gewonnen w°rden, so sind zweckmäßig die Einzelgasabgänge in verschiedener
Höhe dies Vorhehandlungsraumes anzuordnen, da dadurch insbesondere eine Trennung
der Teerdämpfe von den übrigen Gasen ermöglicht wird.
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Die Höhe des Vorbehandlungsraumes und seine Beheizung sind so vorgesehen,
daß insbesondere der gesamte im Brennstoff enthaltene Schwefel in gasförmige Schwefelverbindungen
umgewandelt und als solche abgeleitet werden kann. Damit ist der Brennstoff gerade
-von diesen Schadstoffen befreit, sobald er in den Entgasungsraum übertritt. Je
nach Einstellen der Beheizung des Vorbehandlungs.raumes und" der Anordnung der Gasabgänge
kann auch ein sehr ausgedehntes fraktioniertes Abscheiden der im Vorbehandlungsraum
entstehenden Erzeugnisse durchgeführt werden. Dies ist beispielsweise -.dann erforderlich,
wenn eine ausgiebige Schwelteergewinnung und eine Scliwefelge-:aviixnung erfolgen
soll. Die in diesen Gasen ..erhaltenen brennbaren Gase können nach Gewinnen der
gewünschten Erzeugnisse zum Beheizen des. Ofens benutzt werden. Andererseits können
die aus dem Vorbehandlungs: raun anfallenden Gase auch in ihrer Gesamtheit beispielsweise
einem Gaserzeuger zugeführt werden, da die in ihnen enthaltenen Schadstoffe in den
Verbrennungsgasen nicht mehr schädlich sind.
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Der im Vorbehandlungsraum von dem Ballast- und Schadstoffen befreite
Brennstoff tritt dann, wie bei derartigen Ölen bekannt, in den Ent- und Vergasungsraum
über, der aus den in Richtung des Brennstoffweges hintereinanderliegenden Zonen,
der Entgasungs- und .der Reaktionszone sowie gegebe-
nenfalls der Wassergaszone,
besteht. Brei unmittelbarer Verbindung des Vorbehandlungsraumes mit dem Entgasungsraum
muß .die Brennstoffschicht zwischen dem untersten Gasabgang des Vorbehandlungsraumes
und der Entgasungszone hoch genug sein, um einen Gasübertritt von der einen zur
anderen Zone, oder umgekehrt, zu vermeiden. In der Entgasungszone wird der Brennstoff
durch Außenbeheizen möglichst schnell auf die erforderliche Entgasungstemperatur
gebracht, die 85o° C nicht unterschreiten soll. Das Erhitzen des Brennstoffes setzt,sofort
am Beginn der Zone ein und. soll nach unten zu nicht stark nachlassen; @es, soll
so kräftig erfolgen, daß die Entgasungszone nur eine geringe Höhe aufzuweisen braucht
und die Temperatur von 85o° C auch in der sich anschließenden Reaktions- sowie der
Wassergaszone noch aufrechterhalten werden kann. Beim Durchwandern der Kohle durch
den Entgasungsraum gibt sie in der Entgaswngszone die Hochtemperaturentgasungserzeugnisse
ab; die insbesondere aus Kohlenwasserstoffei, CO, H, C H-1, und, Hochtemperaturteerdämpfen
bestehen. Die Höhe der Entgasungszone wird so bemessen, daß die Kohle beim Austritt
aus dieser Zone vollständig entgast ist.
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Die entstandenen Entgasungserzeugnisse ziehen nun aus der Entgasungszone
in die sich anschließende Reaktionszone und durchstreichen diese in Richtung des
wandernden Brennstoffes. Gleichzeitig wird am Beginn der Reaktionszone Wasserdampf
eingeführt, der in Richtung der Destillationsgase und mit diesen vermischt die Reaktionszone
durchströmt. Die Reaktionszone ist mit glühendem Koks aus der in der Bewegungsrichtung
des
Gutes vorherliegenden Entgasungszone ausgefüllt; sie wird ebenfalls von außen beheizt,
um die für die Reaktion erforderliche Wärme aufzubringen bzw. die Reaktionstemperatur
aufrechtzuerhalten. Benn Strömen der Destillationsgase zusammen finit dem Wasserdampf
durch diese Zone tritt dann im Zusammenhang mit dein katalytischen Zusammenwirken
des glühenden Kokses die Gasumsetzung. ein. Dabei werden die in den Entgasungsgasen
enth-alGenenKohlemvasserstoffe, insbesondere Methan, in Kohlenoxyd und Wasserstoff
umgewandelt, Ferner werden die aus dem Spalten; der TeerdÄmpfe entstehenden Köhlenwasserstoffe,
die im wesentlichen aus Methan als der beständigsten Kohlenwasserstoffverbindung
bestehen, gemeinsam mit dem primär gebildeten Methan zersetzt. Gleichzeitig wird
aus dem überschüssigen Wasserdampf und dem Kohlenstoff des glühenden Kokses Wassergas
gebildet, das im wesentlichen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff besteht.
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Der Vorgang. in der Reaktionszone wird so geleitet, daß bei der Wassergasbildung
möglichst viel Wasserstoff entsteht und die Bildung von Kohlensäure möglichst vermieden
wird. Dia dies durch Zugabe einer über die theoretisch zur Wassergasbildung notwendigen
Wasserdampfmenge erreicht werden kann, wird eine entsprechende Menge Wasserdampf
bei Beginn der .Reaktionszone den strömenden Entgasungs:erzeugnissen zugemischt.
Die Höhe der Reaktionszone und die Durchgangsgeschwindigkeit des Gases zusammen
mit dem Wasserdampf werden dabei so aufeinander eingestellt, daß die Gasumwandlung
im Sinne einer Mehrerz@eugungvon Wasserstoff verläuft. Dies ist durch das in dem
Vorbehandlungsraum erfolgte Abscheiden der ,aus, dem Brennstoff heraus sich bildenden
Kohlensäure möglich. Hier wirkt sich also das vorhergehende Abscheiden der Kohlensäure
im Sinne einer Verschiebung der Reaktionsgleichgewichte nach der Seite der größeren
Wasserstoffausbeute hin aus.
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Da aus der Kohle selbst im Entgasungsraum keine Kohlensäure und kein
Wasserdampf mehr gebildet werden, kann die katalytische Gasumwandlung in der Reaktionszone
durch Einstellen des Verhältnisses zwischen Wasserdampf und Entgasungsgas,en, insbesondere
der vorhandenen Köhlenwasserstoffe, besser geregelt werden. Deshalb sind für das
Zuführen des Wasserdampfes regelbare und absperrbare Zuleitungen in verschiedener
Höhe des Ent- und Vergasuiigsr aumes vorgesehen, wodurch auch de Höhe der Reaktionszone
abgestimmt werden kann.
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Es ist zwar ein Ofen bekannt, der einen Vorbehandlungsraum für die
Kohle und eine gemeinsame Gasaustritts.öffnung für Ent- und Vergasungsgase hat,
wobei jedoch auch im V orbehandlungsraum bereits eine Entgasung vorgesehen ist.
Nicht vorhanden sind bei diesem Ofen aber die zum Durchführen des Casgewinnungsverfahrens
wesentlichen, in verschiedener Höhe des Umwandlungsraumes vorgesehenen Zuleitungen
bäw. Austrittsöffnungen für Wasserdampf. Diese Einrichtung bezweckt, den für die
gewünschten Reaktionen erforderlichen Wasserdampf in bestimmten Zonen und in bestimmbarer
Menge zuzuführen.
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Für die zu erzielenden Erfolge, insbesondere bezüglich der Rsaktionszeiben,
ist die Regelung der Wärmezufuhr in den verschitedenen Zonen vorteilhaft. Dies kann
bei gleicher -Außenbeheizung in den einzelnen Zonen des Entgasungsraumes durch Abstufen
der Wärmeleitfähigkeit in den Ofenwänden @erreicht werden. So wird beispielsweise
bei Verwenden von Braunkohle als Ausgangsbrennstoff der Vorbehandlungsraum aus Eisen,
die Entgasungszonen aus Siliciumcarbid, die Reaktionszone aus Silica und die Wassergaszon@e
aus Schamotte hergestellt.
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Dias in der Reaktionszone umgewandelte Gas wird am Ende dieser Zone
abgeleitet. Der Brennstoff tritt nun in eine an diese anschließende Wassergaszone
über, in .der durch Einführen von Wasserdampf das Wassergas erzeugt wird. Auch in
dieser Zone wird die Wassergaserzeugung durch Bemessen des zugeführten Dampfes so
geleitet, daß die Wassergaserz.eugung nach der Seite einer Mehrerzeugung von Wasserstoff
verläuft und nur geringe Mengen Kohlensäure entstehen. Dies ist durch Aufrechterhalten
einer hohen Reaktionstemperatur und einer ,entspr°chenden Zufuhr der für die Wassergasierzeugu,ng
erforderlichen Umsetzungswärme mit Hilfe des Außenbeheizens des Raumes möglich.
Das Wassergas wird gemeinsam mit dem Endgas .aus der Reaktionszone abgezogeln. Es
ist jedoch zu beachten, daß das Wassergas erst dann mit dem Endgas in Berii.hrung
kommt, wenn dieses restlos umgewandelt ist. Der Entgasungsraum, d. h. die Entgasungszone,
die Reaktionszone und die sich gegebenenfalls anschließende Wassergaszone, wird
zweckmäßig unter Überdruck gehalten, um das Eindringen von Verbrennungserzeugnissen,
insbesondere Stickstoff, zu vermeiden.
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Der .aus der Wassergaszone übrigbleibende Koks dient zur Deckung des
Wärmebedarfes des Ofens. Vorteilhaft wird der ganze Vorgang so geleitet, daß nur
so viel Koks übrigbleibt, als gerade für den gesamten Wärmebedarf des Ofens erforderlich
ist.
Dias aus der Reaktionszone anfallende. Endgas und das Wassergas
aus der Wassergaszone bilden zusammen das angestrebte Synthesegas. Dabei ergibt
sich eine Gaszusammensetzung, bei der bei verhältnismäßig geringem Anteil an Kohlensäure
sich die Anteile Kohlenoxyd zu Wassergas mindestens wie 1:2 verhalten. Mit dem Ofen
nach der Erfindung ist es also möglich, in ununterbrochenem Arbeitsgang ein Gas
zu erzeugen, bei dem die Anteile von Kohlenoxyd und Wasserstoff zusammen 85 bis
goo/o der Gasmenge in der eben genannten Verhältniszahl von Kohlenoxyd und Wasserstoff
betragen. Durch Erhöhen der Temperatur, Verlängern der Reaktionszone und entsprechendes
Bemessen der Wassergaszone kann auch ein Mengenverhältnis von Wasserstoff und Kohlenoxyd
über 2:1 erreicht werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Ofen. Abb. i ist ein senkrechter
Querschnitt, Abb.2 ein senkrechter Längsschnitt durch den Ofen.
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Der Brennstoff gelangt aus dem Bunker i durch,den Schieber 2 in den
Vorbehandlungsraum 3. Nach Verlassen dieses tritt der Brennstoff in die eine Entgasungszone,
eine Reaktionszone und eine Wassergaszone umfassende Kammer q., durchwandert diese
und wird nach Durchgang durch den Kühlraum 5 durch eine Austragevorriehtung 6 entfernt.
Der Vorbehandlungsraum 3 wird mittels eines Heizwandsystems 7 von außen beheizt.
In dieses treten durch den Übergang 8 die Abgase von der Beheizung der Entgasungskammer
bei 9 ein und verlassen das Heizwandsystem bei i o. i i ist ein Abgang für die Schwelprodukte,
ebenso sind 12, 13, 14, 15 solche Abgänge, die jeweils alle zusammen oder einzeln
oder in Gruppen benutzt werden können. 16 ist ein Luftzuführungskanal, 17 ein Heizgaszuführungskanal.
Durch die Öffnungen 18 tritt Luft, durch 19 Heizgas in die Heizzüge 2o. Bei' 21
treten die Verbrennungsgase aus den Heizzügen, durchziehen einen Verteilungskanal
21Q und dann die RekuperationskanZe 22. Sie sammeln sich in dem Sammelraum 23, um
von da durch den übergang 8 in das Heizwandsystem ; des Vorbehandlungsraumes zu
treten. 24 ist eine Wand in der Kammer q.. 25 und 26 sind in verschiedener Höhe
mündende, in der Wand 2¢ von oben nach unten verlaufende Dampfzuführungen für die
Reaktionszone. 27 sind Dampfzuführungen zur Erzeugung von Wassergas. Das Entgasungsgas
und das Wassergas ziehen durch eine seitliche öffnung 28 der Kammer q. und durch
Ableitungskana129 ab.