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Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von festen Brennstoffen Soweit
man nicht in manchen Fällen Abstichgaserzeuger benutzt hat, für die aber nur großstückige,
standfeste Brennstoffe verwendbar sind, wurden feste Brennstoffe bisher vorwiegend
in Drehrostgaserzeugern vergast. Hierbei mußte dem Vergasungsmittel so viel Dampf
zugegeben werden, daß die Asche des Brennstoffes entweder gar nicht oder nur soweit
zum Schmelzen kam, daß die Zerkleinerung der sich bildenden Schlacke durch den Drehrost
noch möglich war. Bei Brennstoffen mit niedrigem Aschenschmelzpunkt und eisenhaltiger
Asche war daher die Vergasung nur mit einem erheblichen Aufwand an Wasserdampf möglich,
der zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases führte. Für viele Zwecke, z. B.
die Metallerzeugung, ist ein solches Gas wenig geeignet.
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Ganz besondere Bedeutung gewinnt der Zusatz an Wasserdampf jedoch
bei der Vergasung mit Sauerstoff oder stauerstoffangereicherter Luft, besonders
wenn die Vergasung unter höherem Druck erfolgt, da in diesem Fall die Abführung
einer stark geschmolzenen Asche aus dem Gaserzeuger ohne Unterbrechung des Betriebes
unmöglich ist. In allen Fällen erhöht ein hoher Wasserdampfzusatz zum Vergasungsmittel
die Erzeugungskosten des Gases, und der unzersetzte Teil des Wasseramp
e-
*führt zü erhöhtem Anfall an Abwasser, d - 'f s das einer kostspieligen Reinigung
unterzogen werden muß.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet die Erzeugung eines methan-
und kohlenoxy dreichen Gases durch Vergasung mit verhältnismäßig geringem Zusatz
von Dampf oder Kohlensäure oder beider Stoffe, ohne daß die Gefahr besteht, daß
die Brennstoffasche in geflossenen Klumpen anfällt. Diese Wirkung wird erzielt durch
Vergasung des Brennstoffes in zwei bzw. mehreren übereinanderliegenden Zonen, von
denen die erste, in der der Kohlenstoff im Überfluß vorhanden ist, -verhältnismäßig
heiß, d. h. mit einer hohen Konzentration des Sauerstoffes im Vergasungsmittel,
betrieben wird, während in die folgende Zone bzw. die folgenden Zonen ein Vergasungsmittel
mit geringerer Konzentration des Sauerstoffes, d. h. mit einer höheren Zugabe von
wärmebindeäden Gasen, wie Wasserdampf und Kohlensäure, eingeleitet wird. In besonderen
Fällen kann sogar auf die Zugabe von Sauerstoff in der zweiten bzw. , letzten Zone
ganz verzichtet werden.
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Bei dem neuen Verfahren trifft das Vergasungsmittel mit höherer Sauerstoffkonzentration
auf einen Brennstoff, dessen Aschengehal.t.noch nicht so hoch ist, daß die Asche
zum Zusammenschmelzen oder Zusammensintern gelangen kann. Trotz der höheren Reaktionstemperaturen,
die durch die höhere Sauerstoffkonzentration des Vergasungsmittels in dieser Zone
eingehalten werden können, kann nämlich eine Bildung geschmolzener Aschenkuchen
nicht erfolgen, da das Vorhandensein von reichlich unvergastem Kohlenstoff das Entstehen
einer zusammenhängenden Schlacke nicht zuläßt.
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Der verbliebene Kohlenstoff, der je nach dem Aschengehalt der Kohle
z. B. ro bis 5o% des gesamten zugeführten Kohlenstoffes betragen kann, wird dann
in einer folgenden Zone durch Zuführen eines Vergasungsmittels von geringerer Sauerstoffkonzentration
zu Ende vergast. Hier wird ein Zusammenschmelzen der Asche infolge der niedrigeren
Reaktionstemperatur vermieden, -die sich entsprechend dem Einfluß des - wärmebindenden
Wasserdampfes und gegebenenfalls der geringeren Vergasungsleistung (Feuerraumbelastung)
einstellt.
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Es gelingt auf diese Weise, den Vergasungsvor= gang in der oberen
Zone der Vergasung wesentlich heißer, d. h. mit einer höheren Sauerstoffkonzentration
durchzuführen, als dies bei der üblichen einstufigen Vergasung der Fall ist. Aber
auch in der nachfolgenden zweiten Stufe, die stärker zur Verschlackung neigen kann,
kann mit verhältnismäßig hoher Sauerstoffkonzentration gearbeitet werden, weil durch
die vorhergehende Vergasung eines Teiles des Kohlenstoffes die Querschnittsbelastung,
ausgedrückt in Kilogramm vergastem Kohlenstoff je Quadratmeter und Stunde, in der
zweiten Stufe relativ niedrig gehalten werden kann. Diese Bedingungen bewirken eine
geringere Konzentration an unzersetztem Wasserdampf und eine höhere Konzentration
an Kohlenoxyd in dem primär gebildeten Gas und damit auch eine stärkere Bildung
von Methan entsprechend den- höheren Teildrücken von Kohlenoxyd und Wasserstoff.
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Eine Herabsetzung der Temperatur in der oberen, heißgehenden Zone
kann gegebenenfalls dadurch bewirkt werden, daß die Zufuhr der Vergasungsmittel
zu den beiden Zonen in räumlich abwechselnden Sektoren des Schachtes periodisch
wechselt. Beispielsweise wird die Vergasungsmittelzufuhr zum ersten, dritten usw.
Sektor des Schachtes in der oberen Zone zeitweise abgestellt oder gedrosselt, während
diese Sektoren in der unteren Zone beaufschlagt werden, und zeitweise dein ersten,
dritten usw. Sektor in der oberen Zone Vergasungsmittel zugeführt und die Vergasungsmittelzufuhr
zu diesen Sektoren in der unteren Zone unterbrochen. Man kann aber auch die untere
Zone -ständig mit- dem. zugehörigen Vergasungsmittel betreiben und nur die Zufuhr
des Vergäsungsmfttels zu den räumlich abwechselnden Sektoren der oberen Zone periodisch
wechselnd ein- und ausschalten. Es wird auf diese Weise abwechselnd mit starker
Erhitzung eine erhöhte Abführung der Reaktionswärme der oberen Zone durch die Reaktionsprodukte
der unteren Zone bewirkt, so daß gegebenenfalls die der oberen Zone zugeführte Menge
. Wasserdampf noch weiter verringert werden kann.
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Zweckmäßig geschieht die Zuführung des Vergasungsmittels durch in
z. B. zwei übereinanderliegenden Gruppen angeordnete Einströmöffnungen. Den Öffnungen
der oberen Gruppen wird ein sauerstoffreiches. Vergasungsmittel zugeführt, während
die der unteren mit einem Vergasungsmittel geringeren Sauerstoffgehalts bedient
werden. Die Einströmöffnungen der beiden Gruppen sind versetzt zueinander angeordnet,
so daß den einzelnen Sektoren des Brennstoffbettes zeitlich abwechselnd das eine
oder das andere Vergasungsmittel zugeführt wird. Man kann die Vergasungsmittel z.
B. durch einen Rost oder durch in zwei übereinanderliegenden Ebenen im Mantel des
Gaserzeugers angeordnete Düsen oder Öffnungen zuleiten, die z. B. entweder gleichzeitig
blasen oder derart abwechselnd betrieben werden, daß voll zwei übereinanderliegenden
Düsen entweder nur die obere oder nur die untere bläst.
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Um die Gefahr eines Ansetzens von Schlacke am Rost unter allen Umständen
auch bei unachtsamer Bedienung zu vermeiden, kann weiter der Rost gekühlt werden.
Zum Beispiel geschieht dies durch eine doppelwandige- Ausbildung des Rostmantels,
derart, daß darin eine Wasserkammer gebildet wird, die mit Durchbrüchen für das
Vergasungsmittel versehen ist. Der in der Wasserkammer gebildete Dampf kann durch
Öffnungen direkt in die Vergasungszone übergeführt werden.
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Bei der Vergasung von festen Brennstoffen mit Luft hat man schon das
Vergasungsmittel an zwei in der Höhenlage verschiedenen Stellen in den Gaserzeuger
eingeführt. Dadurch wollte man zwei Vergasungszonen schaffen, von denen die eine,
in die der Brennstoff zuerst gelangt, mit hoher und die zweite, in der die restliche
Vergasung vor sich
ging, mit niedrigerer Temperatur betrieben «erden
sollten. Der Zweck dieser Maßnahme war die Verhinderung der Klinkerbildung. Indessen
war es schwierig, bei der bekannten Anordnung die an-"Cr ebenen Bedingungen auch
tatsächlich im praktischen Betrieb mit Sicherheit einzuhalten. Erst durch die Erfindung
gelingt es, diese Schwierigkeiten mit Sicherheit zu beseitigen, da durch die höhere
Stauerstoffkonzentration in der ersten und die niedrigere Sauerstoffkonzentration
in der zweiten Zone die Temperaturen in den beiden Vergasungszonen nunmehr völlig
beherrscht werden können. Darüber hinaus wird ein Gas von bestimmter, wertvoller
Zusammensetzung gewonnen.
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Eine für die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung, insbesondere
zur Gaserzeugung unter Druck, geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt.
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In dein Gaserzeugerschacht i, der mit einer Kohlenschleuse :2 versehen
ist, ist unten ein Rost 3 drehbar angeordnet, der in verschiedenen Höhen zwei Gruppen
von Rostschlitzen 4. und 5 aufweist, von denen die eine Gruppe .4 etwa am oberen
Rand des Rostes und die zweite Gruppe 5, versetzt zur ersten, am unteren Rand des
Rostes angeordnet ist. Der Antrieb des Rostes erfolgt durch eine hohle Welle 6,
die gleichzeitig zur Zuführung des Vergasungsmittels zur oberen Gruppe der Rostschlitze
dient. Unter dem Rost ist ein Aschenräumer 7 auf der Hohlwelle angeordnet, der die
Asche einer Aschenschleuse 8 zuführt.
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Das Vergasungsmittel für die untere Stufe kann den Schlitzen 5 unmittelbar
durch den Aschenraum mittels der Leitung 9 zugeführt werden. Die Welle 6 wird mittels
eines Schneckengetriebes io gedreht.
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Zur Erzeugung von Stadtgas durch restlose Vergasung von Magerkohle
mittels Sauerstoff und Wasserdampf wird beispielsweise folgendermaßen gearbeitet:
Die Magerkohle wird entsprechend dem durch die Vergasung eintretenden Abbrand durch
die Schleuse 2 periodisch zugeführt. Durch die Hohlwelle b und die obere Gruppe
der Rostschlitze 4 wird ein Vergasungsmittel, bestehend aus 3 Raumteilen Wasserdampf
und i Raumteil Sauerstoff, in das Brennstoffbett eingeführt, während durch die Leitung
9 und die Rostschlitze 5 ein Vergasungsmittel, bestehend aus 5 Teilen Wasserdampf
und i Teil Sauerstoff, zugeführt wird. Gleichzeitig wird die Welle 6 mittels des
Getriebes io gedreht, so daß die während der Vergasung entstehende Asche der Aschenschleuse
ä zugeführt wird. Der Brennstoff wird in der Zone der Schlitze 4, wo noch Kohlenstoff
im LTberfluß vorhanden ist, unter Erzeugung eines methan- und kohlenoxydreichen
Gases heißgeblasen und dann in der Zone der Schlitze 5 verhältnismäßig kalt zu Ende
vergast. Der Vergasungsvorgang kann daher mit einem wesentlich geringeren Aufwand
an Wasserdampf durchgeführt werden als bei der normalen bekannten Arbeitsweise,
bei der der Dampfzusatz entsprechend dem Schmelzpunkt der Asche im ganzen auf das
Verhältnis r- Teil Sauerstoff zu 5 Teilen Wasserdampf eingestellt werden muß. Neben
der erheblichen Dampfersparnis ergibt sich infolge der höheren Temperaturen im Brennstoffbett
und des geringeren Anteils an unzersetztelr. Wasserdampf eine höhere Methanbildung
und ein besserer Heizwert des erzeugten Gases. Der Druck, unter dem vergast wird,
kann bis auf etwa ioo at und mehr bemessen werden. Im Beispiel wurde mit 2o at vergast.