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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Kohlenoxyd und gegebenenfalls
Wasserstoff enthaltenden Gasen durch Vergasen feinverteilter fester Brennstoffe
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden
Gasen aus feinverteilten festen Brennstoffen, wie Kohle, Braunkohle, Lignite oder
anderen kohlenstoffhaltigen Stoffen, durch Reaktion dieser festen Brennstoffe mit
Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und einem anderen gasförmigen
Medium, das endotherm mit Kohlenstoff reagiert, wie z. B. Wasserdampf oder Kohlensäure.
Der feinverteilte feste Brennstoff ist während der Reaktion in dem gasförmigen Medium
suspendiert. Die Gase, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden, sind
für Beleuchtung und Beheizung, für chemische Reaktionen und für sonstige industrielle
Zwecke geeignet. Für die Vergasung in der Schwebe von festen Brennstoffen sind verschiedene
Verfahren und Einrichtungen entwickelt worden, um als Endprodukt Brenngas von hohem
Heizwert zu erzeugen. Dies gilt namentlich für die Erzeugung von wassergasähnlichen
Gemischen. Die meisten dieser bekannten Verfahren und Einrichtungen hatten, wenn
überhaupt, nur geringen wirtschaftlichen Erfolg. Entweder werden dabei derartig
hohe Betriebstemperaturen erreicht, daß die zur Zeit verfügbaren Baustoffe weder
der hohen Wärmebeanspruchung noch dem Angriff der entstehenden Brennstoffschlacke
lange standhalten konnten, oder der feste Brennstoff wurde nur unvollständig vergast
und hinterließ in der
gebildeten Schlacke erhebliche Kohlenstoffrückstände.
Auch wurde die Apparatur in kurzer Zeit durch starke Ansammlungen von geschmolzener
bzw. erstarrter Schlacke betriebsunfähig.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden alle diese Nachteile und
Mängel vermieden, und es wird die Vergasung fester Brennstoffe unterschiedlichster
Eigenschaften praktisch vollständig in einer einzigen Vergasungseinrichtung ermöglicht.
Hierbei werden die mineralischen Rückstände des festen Brennstoffes während der
Vergasung in einem solchen Zustand gehalten, daß sie leicht und ohne Betriebsunterbrechung
in feinverteilter fester Form aus der Vergasungseinrichtung entfernt werden können.
Außerdem läßt sich das Mischungsverhältnis von Kohlenoxyd zu Wasserstoff innerhalb
relativ weiter Grenzen verändern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unter Verwendung eines außerhalb
des Reaktionsraumes hergestellten, möglichst homogenen Gemisches von Brennstaub
und Sauerstoff, welches mit einer unterhalb der Zündtemperatur des Gemisches liegenden
Temperatur und mit solcher Geschwindigkeit in einen auf hoher Temperatur befindlichen
und gegen Wärmeverlust geschützten Reaktionsraum eingeblasen wird, daß die Zündung
und damit die exotherme Reaktion zwischen Brennstaub und Sauerstoff erst innerhalb
des Reaktionsraumes einsetzt.
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Gemäß der Erfindung wird unabhängig und getrennt vom Brennstaub-Sauerstoff-Gemisch
ein endotherm mit Kohlenstoff reagierendes gasförmiges Mittel derart in den Reaktionsraum
eingeblasen, daß zwischen der zentralen Zone der exothermen Reaktion und den Reaktionsraumwänden
eine die zentrale Zone nur oberflächlich berührende, zusammenhängende, strömende
Schicht von endotherm reagierenden Mitteln entsteht, so daß der hocherhitzte Brennstaubrückstand
aus der Zone exothermer Reaktion vor Auftreffen auf die Reaktionsraumwände mit endotherm
reagierenden Mitteln in Berührung kommt und sich dabei so weit abkühlt, daß er in
feinverteiltem festem Zustand ausgeschieden wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also der Reaktionsraum der
Vergasungskammer betriebsmäßig in zwei Zonen unterteilt, nämlich eine Primärzone
oder Verbrennungszone und eine sekundäre Zone, durch die Dampf oder Kohlensäure,
d. h. also endotherm mit dem hocherhitzten Kohlenstoff reagierende Mittel, sich
bewegen. In der Grenzschicht zwischen diesen beiden Zonen kommen die Brennstoffteilchen
und die in der Primärzone erzeugten Gase, die sich durch teilweise Verbrennung auf
einer hohen Temperaturstufe befinden, mit ihrem restlichen Gehalt an Kohlenstoff
und ihrem Gehalt an ursprünglicher Asche in Berührung mit Dampf oder Kohlendioxyd
aus der sekundären Zone. Infolge seiner hohen Temperatur und besonders der der erzeugten
Gase reagiert der restliche Kohlenstoff der Teilchen mit dem Dampf bzw. der Kohlensäure,
wobei sich Kohlenoxyd bzw. Wasserstoff bildet.
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Der größte Teil der Wärme für diese endotherme Reaktion wird von den
gasförmigen Produkten aus der Reaktion zwischen. Kohlenstoff und Sauerstoff in,
der Primärzone geliefert, da die gasförmigen Produkte eine höhere Temperaturhaben
als die Brennstoffteilchen, die in ihnen schweben, so daß ein Schmelzen des Aschegehaltes
der Teilchen verhindert wird. Die Tatsache, daß die Stelle der höchsten Temperatur
in einer gewissen Entfernung von den schwebenden kohlenstoffhaltigen Teilchen selbst
ist, ist bei der Oxydation von in der Schwebe befindlichem Kohlenstoff in einem
sauerstoffhaltigen Gas bekannt. Dies kommt wahrscheinlich daher, daß die schwebenden
Brennstoffteilchen sich in direkter Berührung mit nur so viel Sauerstoff befinden,
um einen Teil ihres Kohlenstoffgehaltes zu Kohlenoxyd zu oxydieren, wobei ein Teil
des entstandenen Kohlenoxyds eine leichte, gasförmige Hülle um jedes Brennstoffteilchen
bildet.
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Eine weitere Wärmeentwicklung ergibt sich aus der Oxydation eines
Teils des erzeugten Kohlenoxyds zu Kohlensäure; diese Reaktion geht aber außerhalb
der jedes Brennstoffteilchen einschließenden Schutzhülle von Kohlenoxyd vor sich,
so daß der Rest der Brennstoffteilchen und namentlich dessen Asche auf einer relativ
tieferen Temperatur bleiben. Wenn die so gebildete Kohlensäure oder etwas vorgeheizter
Dampf bei hoher Temperatur in direkte Berührung mit den Brennstoffteilchen kommen,
kann ihre Temperatur nicht weiter erhöht werden, weil unmittelbar nach der Berührung
die Temperatur der heißen Gase oder des Wasserdampfes verringert wird, vor allem
durch eine der bekannten endothermen Reaktionen
Der Beweis, daß trotz der außerordentlich hohen Temperaturen kein Schmelzen der
Aschenanteile der Brennstoffteilchen vor sich geht, wird durch das Aussehen des
erhaltenen und entfernten festen Vergasungsrückstandes, auch unter dem Mikroskop,
bestätigt. Diese Asche ist nicht glasartig im. Aussehen und bildet den Beweis, daß
bei der Vergasung fester Brennstoffe entsprechend der Erfindung die Asche zum größten
Teil automatisch unterhalb ihres Schmelzpunktes gehalten wird.
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Es ist offensichtlich aus dem oben Gesagten, daß das Schmelzen der
Asche der Brennstoffteilchen nicht verhindert werden kann, sobald der gesamte Kohlenstoffgehalt
der Brennstoffteilchen vergast worden ist, und daß dieser Rest dann sofort gekühlt
werden muß. Die Erfindung sieht deshalb vor, daß, sobald dieser Zustand erreicht
ist, die Aschepartikel aus dem Reaktionsraum entfernt werden, bevor sie durch Konvektion
oder Strahlung entweder die Temperatur der Reaktionsraumwände oder die des erzeugten
Gases erreicht haben. Die Zeit für die vollständige Vergasung muß geringer sein
als diejenige, die erforderlich ist, um mineralische Rückstände der Brennstoffteilchen
oder die Ascheteilchen, die mit der Kohle zufällig verbunden sind, in einen teigigen
Zustand zu bringen. Dieses wird gemäß der Erfindung leicht automatisch erreicht,
indem man einen Auslaß aus der Reaktionskammer vorsieht, der in geeigneter Entfernung
vom Einlaß für die Reaktionsteilnehmer liegt, wobei sowohl die Menge der Reaktionsteilnehmer,
die in die Vergasungskammer eintreten, als auch deren
Eintrittsgeschwindigkeit
in Betracht gezogen werden muß.
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Die Herstellung des vorzugsweise möglichst homogenen Gemisches vor.
pulverisiertem festem Brennstoff und Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter
Luft, und zwar in geringerer Menge, als theoretisch für die vollständige Umwandlung
des Kohlenstoffgehaltes in Kohlenoxyd in der Primärzone notwendig ist, ist eine
wichtige Voraussetzung für den Erfolg des hier beschriebenen neuen Verfahrens. Wenn
solch ein Gemisch in die primäre Verbrennungszone eingeführt wird, können im wesentlichen
alle Brennstoffteilchen an der Oxydationsreaktion praktisch gleichzeitig teilnehmen.
Lokale Absonderung bzw. Ansammlung irgendeines der Reaktionsteilnehmer muß möglichst
verhindert werden, um eine übermäßige Oxydation zu Kohlendioxyd zu vermeiden und
um nicht vollkommen ausgebrannte oder nicht vorerhitzte feste Teilchen zu hinterlassen.
Feine Ausmahlung des Brennstoffes ist daher von Wichtigkeit, so daß die Reaktion
in der Primärzone im wesentlichen entsprechend der Reaktion
erfolgen kann.
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Die Primärzone oder Zone der exothermen Reaktion dient zwei besonderen
Zwecken: erstens, um einen Teil des Kohlenstoffes der Brennstoffteilchen zu oxydieren,
insbesondere zu Kohlenoxyd, und zweitens, um durch diese Oxydation den nicht vergasten
Kohlenstoff der Brennstoffteilchen und auch das primär erzeugte Gas so vorzuheizen,
damit eine im wesentlichen vollständige endotherme Vergasung des restlichen Kohlenstoffes
der Kohleteilchen in der Sekundärzone, d. h. in Gegenwart von Dampf od. dgl., eintritt.
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Während der feste Brennstoff und Sauerstoff leicht im kalten Zustand
mechanisch für die Einführung in die Primärzone gemischt werden können, erfolgt
die notwendige Mischung der heißen festen Teilchen aus der Primärzone mit den Gasen
oder Dämpfen in der sekundären endothermen Zone durch Diffusion, ein Vorgang, der
durch feine Aufmahlung des Brennstoffes und auch durch Herabsetzung des Gewichtes
der Brennstoffteilchen bei der vorherigen teilweisen Verbrennung in der Primärzone
unterstützt wird. In diesem Zustand setzen sie ihrer Diffusion durch alle gasförmigen
Medien im Vergasungsraum keinen großen Widerstand entgegen. Die endotherme Reaktion
kann daher gleichzeitig und im gleichen Ausmaß bei jedem einzelnen festen Teilchen
vor sich gehen.
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In der Zeichnung wird eine einfache Einrichtung gezeigt, die wichtige
bauliche Merkmale aufweist, die für die Durchführung der Verfahrensprinzipien dieser
Erfindung erforderlich sind.
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In der Zeichnung ist eine Reaktionskammer 2 gezeigt, deren Wände i
aus einem feuerfesten Material, das hohen Temperaturen standhalten kann, z. B. Silika
oder kieselsäurehaltigen Steinen, hergestellt sein können. Die Reaktionskammer kann,
wie in der Zeichnung gezeigt, im Querschnitt rund sein. Der obere Teil 3 der Reaktions-
oder Vergasungskammer ist vorzugsweise konisch. Die äußeren Wände der Vergasungskammer
können mit einem die Wärme schlecht leitenden Material bedeckt sein, um Wärmeverluste
aus der Vergasungskammer auf ein Minimum herabzusetzen. Am oberen Ende der Kammer
2 ist eine Öffnung q. vorgesehen, in die eine Düse 5 ragt, so daß zwischen den inneren
Wänden der Öffnung q. und den äußeren Wänden der Düse 5 eine ringförnüge Öffnung
io gebildet wird. Die Düse 5 kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt
sein, vorzugsweise einem anderen Material als Eisen. Sie muß aber mit einer Kühlmöglichkeit
versehen sein, z. B. einem Kühlmantel 5a, der, wie durch die Pfeile gezeigt, mit
einem Einlaß und einem Auslaß für Kühlwasser verbunden ist und die Düse umgibt.
Die ringförmige Öffnung io steht durch eine Leitung 6 mit einem Erzeuger für gespannten
Dampf oder Kohlensäure in Verbindung. Diese Medien werden vorzugsweise in einem
nicht dargestellten Erhitzer üblicher Bauart hoch erhitzt. Die Düse 5 ist mit einer
Mischeinrichtung 7 verbunden. Sauerstoff oder Luft, die mit Sauerstoff angereichert
ist, wird durch die Leitung 8 der Mischeinrichtung 7 zugeführt. Ein Transportmittel
g, z. B. eine Transportschnecke, ist vorgesehen, um den feinverteilten festen Brennstoff,
z. B. pulverisierte Kohle, Braunkohle, Lignite oder anderes festes kohlenstoffhaltiges
Material, der Mischeinrichtung 7 aus einem Vorratsbunker 9a zuzuführen. In der Einrichtung
7 erfolgt eine gute Mischung des Sauerstoffes und des festen Brennstoffes.
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Durch Regulierung der Temperatur und der Geschwindigkeit des Gemisches
von pulverisiertem Brennstoff und Sauerstoff innerhalb der Düse 5 wird jede unerwünschte
Reaktion innerhalb dieser Düse zwischen diesen Medien vermieden, und die stark exotherme
Primärreaktion zwischen dem kohlenstoffhaltigen Material und dem Sauerstoff tritt
erst ein, nachdem das Gemisch aus der Düse in die vorerhitzte Vergasungskammer 2
gelangt ist. Auf diese Weise wird die Düse 5 nicht den höchsten Temperaturen, die
bei der exothermen Reaktion auftreten, ausgesetzt, und es sind keine Schwierigkeiten
aufgetreten, sowohl die Düse 5 wie auch die ringförmige Öffnung io in einem zufriedenstellenden
Betriebszustand zu erhalten.
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Die ringförmige Öffnung io zur Vergasungskammer ist in solcher Form
vorgesehen, daß ein dauernder Strom von vorerhitztem Dampf oder einem anderen gasförmigen
oder dampfförmigen Medium oder einem Gemisch derselben, d. h. von Stoffen, die endotherm
mit erhitztem Kohlenstoff reagieren, entlang der oberen Wände der Kammer 2 fließt,
ohne in die Hochtemperaturzone einzudringen, in der der pulverisierte feste Brennstoff
und der Sauerstoff miteinander reagieren, d. h. in den Reaktionsraum nahe bei, aber
unterhalb des unteren Endes der Düse 5. Um diese Spülung der gesamten Oberfläche,
besonders der Wände der Reaktionskammer, mit einem vorerhitzten Medium, das endotherm
mit erhitztem Kohlenstoff reagiert, besonders wirksam zu erreichen, ist es vorteilhaft,
einen oder sogar mehrere ringförmige Kanäle zi im unteren Teil der Wände der Vergasungseinrichtung
vorzusehen, wobei diese Kanäle mit dem Vergasungsraum, wie in der Zeichnung gezeigt,
durch einen kontinuierlichen ringförmigen Schlitz ija in Verbindung stehen, der
so ausgebildet ist, daß das Medium im wesentlichen nur entlang der Wände des Reaktionsraumes
strömt.
Selbstverständlich wird das so eingeführte Medium, besonders im unteren Teil der
Reaktionskammer, durch Diffusion auch in dessen mittlere Zone gelangen, aber eine
ununterbrochene Spülung der Wände selbst mit einer Schicht von Dampf od. dgl. ist
ein wesentlicher Gegenstand der Erfindung.
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Der feinpulverisierte feste Brennstoff wird durch eine Transporteinrichtung
g aus dem @"orratsbeli@ilter ga in die Mischeinrichtung 7 befördert, wo er von einem
Strom von Sauerstoff aufgenommen wird, der durch die Leitung S ebenfalls der Mischapparatur
7 zugeführt wird. Die Mischung von Sauerstoff und Brennstoff wird der Reaktionskammer
:2 des Vergasers durch die Düse 5 zugeführt, die mit einem Wassermantel 5a umgeben
ist, durch den die vorbereitete homogene Suspension des staubförmigen festen Brennstoffes
mit Sicherheit unter ihrer Zündtemperatur gehalten wird, bevor sie in die Reaktionskammer
2 eingeführt wird.
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Wie oben angeführt, wird bei Herstellung dieses homogenen Gemisches
weniger Sauerstoff verwendet, als praktisch notwendig ist, um alle Kohlenstoffe
des Gemisches in Kohlenoxyd entsprechend der Gleichung 2 C -[- 02 -+-2 C O umzuwandeln.
Die tatsächlich vervendete Sauerstoffmenge variiert mit der Naturi des verwendeten
festen Brennstoffes, bei Kohle beispielsweise mit dem Grad der Mineralisation, d.
h. mit dem Prozentgehalt an Kohlenstoff. Bei Lignit oder Braunkohle ist die notwendige
Menge Sauerstoff nur etwa 5o Gewichtsprozent des Betrages, der theoretisch erforderlich
ist, um den Kohlenstoff der Brennstoffteilchen zu Kohlenoxyd umzuwandeln, während
im Falle bituminöser Kohlen, die einen höheren Gehalt an Kohlenstoff haben, bis
zu 8o °/o des angegebenen Betrages erforderlich ist, um die erwünschte Umwandlung
in der Primärzone der Vergasung zu erzielen.
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Bei Anthrazit oder Hochtemperaturkoks ist der Prozentsatz an Sauerstoff
entsprechend höher.
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Bei der Herstellung eines brennbaren Gases, das die höchste Konzentration
an Kohlenoxyd und Wasserstoff hat, ist es klar, daß je höher die Konzentration des
verwendeten Sauerstoffes ist, um so geringer das erzeugte Gas mit Stickstoff verdünnt
sein wird. Reiner Sauerstoff ist indessen viel teurer als ein solcher, der 5 °/o
Stickstoff enthält, und noch billiger ist Sauerstoff, der mit 25 °/o Stickstoff
verdünnt ist; indessen sind alle diese Sauerstoffgase trotz ihres verschiedenen
Reinheitsgrades für den vorliegenden Zweck geeignet.
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Die meisten Vorteile, Ziele und Resultate der Erfindung werden aber
nicht verwirklicht, wenn der verwendete Sauerstoff mehr als 5o °/a Stickstoff enthält.
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Im Gleichstrom zu dem in den Reaktionsraum 2 eingeführten Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch
wird durch die Leitung 6 und durch die ringförmige Öffnung ro je nach Art des gewünschten
Brenngases entweder ein Strom von vorerhitztem Dampf oder Kohlendioxyd oder ein
Gemisch beider eingeleitet und entlang den oberen konischen Wänden des Reaktionsraumes
2 so geführt, daß ein Eindringen in die primäre exotherme Reaktionszone oder Stören
dieser Zone verhindert ,wird, so daß sie auf allen Seiten von einer die Wände isolierenden
Atmosphäre von vorerhitztem Dampf od. ä. umgeben ist.
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Die Mischung von Sauerstoff und festem Brennstoff wird aus der Düse
5 in den Reaktionsraum eingeführt, vorzugsweise mit der geringstmöglichen Geschwindigkeit,
bei der ein Rückschlag der Reaktion aus dem Reaktionsraum in die Düse 5 vermieden
wird. Der Dampf oder die Kohlensäure, vorzugsweise auf etwa i2oo'C vorerhitzt, wird
durch Ringöffnungen io aus d:-:r Leitung 6 mit einer Geschwindigkeit eingeführt,
die so viel geringer ist als die, mit der das homogene Gemisch von Sauerstoff und
festem Brennstoff eingeführt wird, daß gerade so viel vorerhitzter Dampf oder Kohlensäure
in das Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch hineingezogen wird, um es nach dem Austritt
an der Düse 5 zu entzünden. Eine weitere Vermischung des Dampfes oder der Kohlensäure
mit den Reaktionsmedien in der Primärzone soll soweit wie möglich vermieden werden,
um eine Verdünnung der Reaktionsteilnehmer zu verhindern, die die Temperatur unter
jenen Grad verringern würde, der sonst in der Primärzone erzielt worden wäre, und
die unerwünschte Nebenreaktionen, wie z. B. die Wassergasreaktion, in der Primärzone
hervorrufen würde.
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Es ist nach dem vorher Gesagten klar, daß die Wärme, die durch den
nicht in der Primärzone zu Kohlenoxyd oxydierten Kohlenstoff bei seiner Vergasung
in der endothermen Reaktion der Sekundärzone mit Dämpfen gebunden wird, in der Primärzone
schon erzeugt wurde. Um zu erreichen, daß diese Wärme praktisch nur für diese endotherme
Reaktion verbraucht wird, wird der verwendete Dampf oder die Kohlensäure auf eine
Temperatur vorerhitzt, z. B. auf z2oo° C, bei der die endotherme Reaktion zwischen
besagten Gasen und Kohlenstoff nur langsam verläuft.
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Es ist weiter offensichtlich, daß bei einem Betrieb entsprechend der
Erfindung keine hocherhitzten Teilchen oder damit verbundene Gase, die aus der Primärzone
in die Sekundärzone diffundieren, die Wände des Reaktionsraumes 2 erreichen können,
ohne vorher mit einer Schicht von Gas oder Dampf in Berührung zukommen, der endotherm
mit hocherhitztem Kohlenstoff reagiert und der eine niedrigere Temperatur aufweist
als die Gase der primären Reaktionszone. Die Gase und Brennstoffteilchen werden
somit infolge der endothermen Reaktion, die zwischen dem in der Primärzone nicht
verbrauchten Kohlenstoff mit dem verwendeten Kohlendioxyd oder Dampf stattfindet,
gekühlt.
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Trotz der sehr hohen Temperaturen, die in der Primärzone erreicht
werden, gibt die Arbeitsweise entsprechend der Erfindung volle Gewähr, daß alle
Teilchen des festen Brennstoffes zusammen mit ihrem Gehalt an Asche fest und relativ
kühl bleiben, solange sie während ihrer Bewegung durch die Sekundärzone einen Gehalt
an Kohlenstoff haben. Sobald indessen ihr gesamter Gehalt an Kohlenstoff durch die
eine oder die andere Vergasungsreaktion aufgezehrt worden ist, muß die Asche der
Brennstoffteilchen zusammen mit dem erzeugten Gas aus dem Reaktionsraum entfernt
«,erden; deshalb können während des Vergasungsvorganges die Ascheteilchen weder
an den Wänden der Reaktionseinrichtung noch aneinander kleben
bleiben.
Derartige Erscheinungen sind auch bei Anwendung des Verfahrens entsprechend der
Erfindung nie beobachtet worden; ferner bleibt die Temperatur der Wände der Reaktionskammer
weit unter dem Schmelzpunkt ihres feuerfesten Materials, ohne daß die Wände von
außen gekühlt werden müssen. Dementsprechend werden die Wärmeverluste erheblich
verkleinert und im wesentlichen alle im Betrieb entwickelte Wärme dazu benutzt,
um die Reaktionen des festen Brennstoffes, Sauerstoffes und des Dampfes bzw. der
Kohlensäure durchzuführen.
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Das Nutzgas, das durch die Reaktion erzeugt wird, wird aus dem Reaktionsraum
2 durch einen Auslaß 12 im unteren Teil der Vergasungskammer in solchem Maße abgeführt,
daß die in dem Gas enthaltenen aschehaltigen Bestandteile keine Gelegenheit haben,
die Temperatur der Reaktionskammer oder des erzeugten Gases anzunehmen.
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Dieses ist besonders wichtig für den Fall, daß der feste Brennstoff
eine Asche ergibt, deren Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur der gasförmigen Medien
liegt. Das Nutzgas mit den darin schwebenden Ascheteilchen kann nach dem Verlassen
des Reaktionsraumes durch den Auslaß 12 in Einrichtungen behandelt werden, die der
Entfernung des Staubes, der Kühlung, der Waschung, Reinigung usw. dienen. Dabei
ist zu beachten, daß diese Vorgänge derart und in solcher Reihenfolge durchgeführt
werden müssen, daß Ablagerungen und Ansammlungen der Asche an unerwünschten Punkten
verhindert werden.
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Bei sehr unterschiedlicher Korngröße des verwendeten feinen festen
Brennstoffes und je nach der Geschwindigkeit, mit der das Gemisch von Sauerstoff
und Brennstoff in den Reaktionsraum eingeführt wird, kann sich mehr oder weniger
der feste Rückstand der Reaktion im unteren Teil der Vergasungseinrichtung, wie
in der Zeichnung gezeigt, ansammeln, und zwar als nicht zusammenhängende Teilchen.
Diese können, sobald ihr Kohlenstoffgehalt verbraucht ist, durch die Auslaßöffnung
13 entfernt werden.
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Die Beispiele werden zur Erläuterung mitgeteilt, ohne jedoch damit
eine Begrenzung der Vorteile und Betriebsresultate, die in der Praxis durch dieses
erfindungsgemäße Verfahren erreichbar sind, vorzunehmen.
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Beispiel i Eine bituminöse Kohle mit 1,95 °/o Feuchtigkeit und 8,75
°/a Asche und mit folgender Elementaranalyse
| Gewichtsprozent |
| (bezogen auf |
| feuchte Rohkohle) |
| Kohlenstoff . ... . . . . .. . . . . .. 80,5o |
| Wasserstoff ................ 4,27 |
| Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,88 |
| Sauerstoff.................. 1,46 |
| Stickstoff.................. i,ig |
wurde gemahlen, bis io Gewichtsprozent auf einem Sieb blieben, das 4900 Maschen
pro Quadratzentimeter hatte. Die Kohleteilchen, die durch das Sieb fielen und die
Teilchen, die auf dem Sieb zurückgehalten wurden, wurden vermischt, dann in einen
Strom von Sauerstoff eingeführt und eine Suspension der feinverteilten Kohle in
dem Sauerstoff hergestellt.
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Für jedes Kilogramm Staubkohle wurde o,62 Nm3 eines etwa g5 °/oigen
Sauerstoffes benutzt, um die Suspension herzustellen. Danach wurde diese so hergestellte
Suspension in eine vorerhitzte Reaktionskammer, entsprechend der Zeichnung mit einer
Geschwindigkeit von etwa 15 m pro Sekunde, eingeleitet, während gleichzeitig 1,4
m3 vorerhitzten Dampfes (unter Normalbedingungen gemessen) pro Kilogramm verwendeter
Staubkohle derart eingeführt wurde, daß eine Dampfhülle oder ein Dampfmantel zwischen
dem Sauerstoff-Brennstoff-Strahl und den Wänden der Reaktionskammer gebildet wurde.
Je Kilogramm Kohle wurden 2,5 Nm3 eines brennbaren Gases erzeugt, das einen Nettoheizwert
von 236o kcal/Nm3 enthielt und folgende Zusammensetzung aufwies
| Volumprozent |
| Kohlensäure................... 14,0 |
| Kohlenoxyd................... 42,0 |
| Wasserstoff ................... 42,0 |
| Stickstoff ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 |
| Schwefelwasserstoff ............ 0,5 |
Etwa
95 °/o des Kohlenstoffgehaltes der vergasten Kohle erschien in dem gewonnenen
Gas; für die Herstellung i Nrr.3 brennbarer Bestandteile in dem erzeugten Gas wurden
dabei 383 g Kohlenstoff verbraucht, im Gegensatz zu 55o bis 60o g Kohlenstoff, die
erforderlich sind, um i Nm3 brennbarer Bestandteile in. den älteren bekannten Blauwassergaserzeugern
herzustellen. Diese 383 g verbrauchten Kohlenstoffes decken auch die fühlbare Wärme,
die zur Erzeugung des benötigten Sauerstoffes erforderlich ist. Kein nennenswertes
Sintern des Vergasungsrückstandes trat ein, und die Asche wurde in Form eines feinen
Pulvers leicht aus dem Reaktionsraum entfernt. Beispiel 2 Wenn die gepulverte Kohle
gemäß Beispiel i in gleicher Weise vergast wurde, jedoch mit dem Unterschied, daß
der größte Teil des Dampfes durch Kohlensäure als Stoff, der endotherm mit den Produkten
aus der Primärzone reagiert, ersetzt wurde, ergaben sich etwa 2,14 Nm3 Gas je Kilogramm
verbrauchter Kohle, wobei das hergestellte Gas folgende Zusammensetzung hatte:
| Volumprozent |
| Kohlensäure................... 7,5 |
| Kohlenoxyd................... 66,8 |
| Wasserstoff ................... 23,2 |
| Stickstoff..................... i,g |
| Schwefelwasserstoff ............ o,6 |
Das erfindungsgemäße Verfahren, brennbare Gase aus festen Brennstoffen herzustellen,
wie im obigen Beispiel gezeigt wurde, kann angewandt werden, um Gase herzustellen,
deren Wasserstoff- und Kohlenoxydgehalte in weiten Grenzen verschieden ist, während
der Vergasungsrückstand in einem feinverteilten zusammenhängenden Zustand anfällt.
Zu diesem Zweck braucht nur das Verhältnis zwischen Dampf
und Kohlensäure
in dem endotherm reagierenden Gas oder Gas der Sekundärzone verändert zu werden,
d. h. um den Kohlenoxydgehalt des erzeugten Gases zu steigern, wird der Dampf, der
in die Sekundärzone eingeleitet wird, in steigendem Maße durch Kohlensäure ersetzt,
und umgekehrt der Anteil Dampf erhöht, wenn das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenoxyd
größer gewünscht wird, z. B. um die folgenden bekannten Wassergasreaktionen zu erzielen:
Natürlich vermindert die Kohlensäure, die in der obigen Reaktion entsteht, die Konzentration
der brennbaren Bestandteile des resultierenden Gases, aber, wie bekannt ist, kann
die Kohlensäure durch Waschen mit Wasser unter Druck entfernt werden. In solchen
Fällen, wo es vorgezogen wird, eine solche Wasserwäsche od. dgl. zu umgehen, um
direkt ein Endgas zu erzeugen, das ein hohes Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenoxyd
hat, wird eine vollständige Vergasung des gesamten Kohlenstoffes in der verwendeten
Kohle nicht vorgenommen, so daß der in der Kohle an sich vorhandene Wasserstoff
in dem erzeugten Gas mit weniger Kohlenoxyd gemischt wird, als es sonst der Fall
wäre. Der Kohlenstoff, der so unvergast bleibt, kann aus dem Vergasungsapparat zusammen
mit der Asche entfernt werden.
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Wie aus den angegebenen Beispielen hervorgeht, kann man ein Gas nach
dem Verfahren und der Einrichtung gemäß der Erfindung mit etwa den gleichen Volumanteilen
Wasserstoff und Kohlenoxyd erzeugen, wie es gewöhnlich im Betriebe der bekannten
Blauwassergaserzeuger anfällt, wobei aber nur etwa 65 bis 7o °/o des festen Brennstoffes
gegenüber dem Wassergasbetrieb verbraucht werden. Die besseren Ergebnisse, die durch
das Verfahren gemäß der Erfindung erzielt werden, folgen daraus, daß im wesentlichen
die gesamte für das Verfahren benötigte Wärme durch die exotherme Verbrennung des
größeren Teils des verwendeten Kohlenstoffes mit Sauerstoff erzeugt wird, wobei
aber Kohlenoxyd an Stelle der großen Mengen Kohlendioxyd entsteht, die in gewöhnlichen
Wassergaserzeugern erzeugt wird, und daß die notwendigen endothermen und exothermen
Reaktionen rationell zu einem kontinuierlichen Prozeß vereinigt sind.
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In den Ansprüchen schließt die Bezeichnung Sauerstoff reinen Sauerstoff,
sauerstoffangereicherte Luft und Gase oder Dämpfe ein, die Sauerstoff in einer höheren
Konzentration enthalten als Luft.