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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergasung von Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von Rückstandsölen
Bei der Vergasung von flüssigen Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von Rückstandsölen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, die
gegebenenfalls mit Wasserd;ampf vermischt sein können, wird im allgemeinen aus einem
Teil des im Einsatzprodukt enthaltenen Koblenstoffs Ruß gebildet. Da der Ruß meist
nicht weiter verwertet werden kann und seine restlose Abscheidung aus dem Gas einen
erheblichen Aufwand erfordert, wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, die
einerseits eine möglichst Herabsetzung der Ruß bildung und andererseits eine unmittelbare
Vergasung der entstandenen Rußmengen beabsichtigen.
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Zu diesem Zweck wurde beispielsweise vorgeschlagen, die Vergasung
der Kohlenwasserstoffe durch Zerstäubnng innerhalb eines Raumes durchzuführen, an
dessen beiden Seiten je eine Füllkörperschicht angeordnet ist, die sowohl als Wärmespeicher
für die fühlbare Wärme der Reaktionsgase als auch als Filter für den entstandenen
Ruß dienen. Der beim Durchleiten der Gase abgeschiedene Ruß wird bei einer nachfolgenden
Betriebsperiode wieder vergast. Hierzu muß entsprechend der Betriebsweise des Vergasungsaggregates
die Strömungsrichtung der gasförmigen Medien in regelmäßigen Abständen gewechselt
werden, was komplizierte Schaltvorrichtungen erfordert. Außerdem muß durch besondere
Maßnahmen die Möglichkeit zur Entstehung von Gasexplosionen verhindert werden.
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Es wurde gefunden, daß man die kontinuierliche Vergasung von Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von Rückstandsölen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasgemischen,
gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Kohlendioxyd enthaltenden Gasen
durch Zerstäubung in einen Reaktionsraum, dem als Wärmespeicher und Rußfilter dienende
Schichten von Füllkörpern vor- und nachgeschaltet sind, ohne diese Nachteile durchführen
kann, wenn man die Zerstäubung der Kohlenwasserstoffe, insbesondere Rückstandsöle,
in einem durch einen oberen Rost und durch die Oberfläche einer unteren Füllkörperschicht
gebildeten Raum eines Vergasungsofens vornimmt, der als eigentlicher Reaktionsraum
dient, wobei die den Ofen in Form eines bewegten Schüttbettes passierenden Füllkörper
als Wärmespeicher und Filterschicht dienen.
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Man kann Füllkörper benutzen, die eine rauhe und relativ große Oberfläche
aufweisen, um eine möglichst vollständige Rußabscheidung aus dem Generatorgas zu
erreichen. Die zur Vergasung benutzten gasförnugen Medien werden in den unteren
Teil des Erhitzers eingeführt und bewegen sich im Gegenstrom zu den Füllkürpern
aufwärts.
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Das im Reaktionsraum erzeugte Generatorgas wird kontinuierlich aus
dem oberen Teil des Erhitzers abgeführt, nachdem es beim Emporströmen wenigs,tens
einen Teil seiner fühlbaren Wärme an die kühleren Füllkörper abgegeben und den mitgeführten
Ruß auf ihnen abgelagert hat. Die langsam herabfließenden Füllkörper kommen unterhalb
der Reaktionszone mit dem Vergasungsmittel in Berührung, dem genügend Zeit zur Verfügung
steht, um die in den Füllkörpern gespeicherte Wärme aufzunehmen und den darauf abgelagerten
Ruß, soweit er sich nicht schon im oberen Teil zu CO bzw. CO2 umgesetzt hat, zu
vergasen.
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Man kann gleichzeitig Wasserdampf in den unteren Teil des Vergasungsofens
einführen, wodurch eine teilweise Ausnutzung der bei der Vergasung der Kohlenwasserstoffe
erzeugten Wärme erfolgt. Der Was&erdampf oder ein Teil desselben kann dabei
auch als Sperrgas im Bereich der Füllkörperaustragsschleuse zugeführt werden. Es
ist auch möglich, Wasser in flüssiger Form in die untere Füllkörperschicht einzuspritzen
und diese z.ur Verdampfung zu bringen. Es ist ferner möglich, auf dem Transportwege
vom Austritt aus dem unteren Teil des Ofens bis zum Wiedereintritt in deren oberen
Teil den Füllkörpern weitere Wärme mengen, beispielswei,se durch Dampfbildung, zu
entziehen. Dasselbe kann wileder in einer durch den aufsteigenden Dampfstrom aufgelockerten
Schicht vor sich gehen. Durch diese Maßnahmen gelingt es einerseits, die Füllkörper
auf eine Temperatu:r zu kühlen, die es möglich macht, sie durch die üblichen Hebemittel
zu befördern, andererseits kann man durch die Wahl des Abkühlungsgrades auf diesem
Transportwege die Austrittstemperatur des Generatorgases in weiten Grenzen je nach
Zweckmäßigkeit einstellen.
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Durch Abstimmung der Größe der Füllkörper und der Gasgeschwindigkeit
aufeinander kann erfindungsgemäß erreicht werden, daß eine Auflockerung der Füllkörper
eintritt und deren Fließvermögen durch die Verringerung des Auflagedruckes verbessert
wird. Weiterhin kann man durch geeignete Abstimmung der über die Höhe des Vergasungsofens
verteilten Querschnitte eine solche Gasgeschwindigkeit erzielen, daß in den unteren
Bereichen der jeweiligen, oberhalb und unterhalb des Reaktionsraumes befindlichen
Füllkörperschichten durch den Gasauftrieb das Eigengewicht der Füllkörper weitgehend
aufgehoben wird, während in den oberen Bereichen nur eine das Fließen ermöglichende
Auflockerung der Füllkörper erfolgt, ohne daß eine Durchwirbelun,g stattfindet.
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Durch die Auflockerung der Füllkörpermassen bzw. durch die teilweise
Aufhebung des Eigengewichtes der Füllkörper wird erreicht, daß einer seits der gesamte
Querschnitt oder zumindest der überwiegende Teil desselben durch die Fließbewegung
ausgenutzt und andererseits eine geregelte Gegenstromführung von Gas und FüH-körpern
möglich war.
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Damit ergibt sich gegenüber den bisher bekannten Möglichkeiten der
Vortei'l einer äußerst einfachen Apparatur, die kontinuierlich betrieben werden
kann und die außerdem günstige Verhältnisse in bezug auf die Ausnutzung der fühlbaren
Wärme der Reaktionsgase zum Vorwärmen des Vergasungsmittels bietet.
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In der Zeichnung sin'd in Form von Vertikalschnitten zwei für die
Durchführung des erfintdungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtungen beispielsweise
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Vergasungsofen mit gleichbleibendem Schachtquerschnitt
und Fig. 2 einen Ofen, dessen Querschnitt sich in der Vergasungszone verengt.
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Es ist I (Eig. I) ein beispielsweise gemauerter Ofen, der im Innern
mit einer feuerfesten Schich.t 2 ausgekleidet ist. An Steile des Mauerwerks 1 können
auch andere wärmeisolierende Schichten verwendet werden. Die zur Vergasung benutzten
sauerstoffhaltigen Gase werden dem unteren Teil des Ofens durch eine Gasleitung
3 zugeführt. Die bei der Vergasung entstandenen gas fürmigen Produkte verlassen
den Ofen durch eine an dessen Kopf angebrachte Öffnung 4.
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Die erfindungsgemäß zum Wärmeaustausch und zur Rußabscheidung verwendeten
hoch hitzebeständigen Füllkörper werden am Kopf des Vergasungsofens durch eine Öffnung
5 vorzugsweise kontinuierlich eingetragen. Sie gelangen zunächst auf eine kegelförmige
Rostfläche 6. Am äußeren Rande der Rostfläche 6 fallen die Füllkörper auf eine trichterförmige
Rostfläche 7. Die Rostfläche 7 endet in ein Trichterrohr, das die Füllkörper auf
eine zweite kegelförmige Rostfläche 9 abfallen läßt.
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Am Rande dieser Rastfläche fallen die Füllkörper auf eine trichterförmi,ge
Rostfläche I0, an deren unterem Ende sie mit Hilfe dier Rohrleitung 11 den Vergasungsofen
verlassen. Die Austragung der Füllkörper wird durch eine Austragsschleuse, beispielsweise
in Form einer Kammerwalze 12, ge-
regelt. Von der Kammerwalze I2
gelangen die Füllkörper auf eine Transportvorrichtung, mit deren Hilfe sie zur Eintragsöffnung
5 zurückbefördert werden.
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Durch die Rostfläche 7 und die Oberfläche I3 der auf dem Rost g gestauten
Füllkörper bildet sich ein ringförmger Raum 14, in den die Kohlenwasserstoffe oder
Rückstandsöle eingeblasen werden.
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Die Einblasung der Öle erfolgt beispielsweise mit Hilfe von Düsenrohren
15, die von außen her in der erforderl.ichen Anzahl in den Vergasungsraum 14 hineinragen.
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Bei der Vergasung der durch die Zerstäuber eingeblasenen Kohlenwasserstoffe
bildet sich Ruß, der oberhalb der trichterförmigen Rostfläche 7 von den berabwandernden
Füllkörpern zurückgehalten wird.
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Die Füllkörper werden bei der Wanderung über die Rostflächen g und
10 von den bei 3 eingeblasenen sauerstoffhaltigen Gasen durchströmt. Hierbei geben
sie ihre fühlbare Wärme ab, und außerdem kommt es zur Verbrennung des bis dahin
noch nicht vergasten Rußes. Die mit Hilfe der Kammerwalze 12 ausgetragenen Füllkörper
sind infolgedessen frei von Rußbestandteilen und können bei der Rückkehr in den
Vergasungsofen von neuem zur Reinigung der bei der KohlenN-asserstoftvergasung entstehenden
Gase dienen.
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In Fig. 2 besteht der Vergasungsofen aus einer äußeren Isolierschicht
I6, z. B. aus Mauerwerk, u.nd der inneren feuerfesten Schicht I7. Der freie Querschnitt
des rund oder rechteckig ausgeführten Ofens verengt sich bis zur Vergasungszone
IS, um sich anschließend nach unten hin zunächst stark zu erweitern und si.ch dann
wieder etwas zu verengen.
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Die zur Vergasung benutzten sauerstoffhaltigen Gase werden dem Ofen
durch eine am Boden angebrachte Öffnung 19 zugeführt. Sie strömen zunächst durch
einen Rost 20 und passieren dabei die abwärts wandernden Füllkörper. Die entstandenen
Vergasungsprodukte verlassen den Ofen am oberen Ende durch eine Öffnung 2I.
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D'ie zur Wärmespeicherung und Rußfiltration erfindungsgemäß verwendeten
Füllkörper werden dem Vergasungsofen durch eine am Kopf desselben befindliche Öffnung
22 zugeführt und wandern an der engsten Querschnittsstelle 18 des Ofenraums über
einen kegelförmigen Ro.st 23 abwärts. Der kegelförmige Rost 23 besitzt an seinem
unteren Rande eine zylinderförmige Wandung 24. Auf diese Weise entsteht unterhalb
des Rostes 23 ein Vergasungsraum 25, der nach unten durch die Oberfläche 26 der
abwärts wandernden Füllkörper l)egrenzt ist.
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Die zu vergasenden Kohlenwasserstoffe treten durch eine Rohrleitung
27 ein, die an ihrem vorderen. Ende innerhalb des. Vergasungsraumes 25 eine Zerstäubungsdüse
28 besitzt. NIit Hilfe dieser Düse werden die zu vergasenden Kohlenwasserstoffe
innerhalb des Vergasungsraumes versprüht.
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Hierbei erfolgt die Vergasung der Kohlenwasserstoffe oder Rückstandsöle
mit Hilfe der sauerstoffhaltigen, durch Leitung 19 am unteren Ende des Vergasungsofens
eintretenden Gase.
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Die bei der Vergasung entstandenen heißen rußhaltigen Gase durchiströmen
die oberhalb des Rostes 23 vorhandene Füllkörperschicht. Hierbei gehen sie ihre
fühlbare Wärme an die Füllkörper ab. Gleichzeitig werden aber auch die rußförmigen
Bestandteile der Gase von den Füllkörpern zurückgehalten. Die bei 21 abströmenden
Vergasungsprodukte besitzen daher die gewünschte niedrige Temperatur und s.ind praktisch
frei von Ruß.
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Unterhalb der Füllkörperschicht 26 kommen die heißen, rußbeladenen
Füllkörper mit den bei 19 eingeleiteten sauerstoffhaltigen kalten Gasen in Berührung.
Hierbei überträgt sich die von den Füllkörpern oberhalb der Rostfläche 23 aufgenommene
fühlbare Wärme auf die eintretenden Gase, die auf diese Weise eine zur Verglasung
hinreichende Temperatur annehmen. Gleichzeitig wird bei dieser Gasaufheizung auch
der auf den Füllkörpern niedergeschlagene Ruß verbrannt, was zu einer weiteren Gaserhiltzung
führt.
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Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Vergasung.sofen werden die erfindungsgemäß
verwendeten Füllkörper am unteren Ende des Vergasungsofens durch eine Kammerwalze
29 ausgetragen. Durch eine geeignete, an sich bekannte Transportvorrichtung werden
die abgekühlten Füllkörper zum oberen Ende des Vergasungsofens zurückgebracht, wo
sie ihren Kreislauf von neuem beginnen können.
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Oberhalb der zum Austrag der Füllkörper dienenden Kammerwalzen I2
(Fig. I) und 29 (Fig. 2j kann eine besondere Gasleitung 30 vorgesehen werden, mit
deren Hilfe man ein Sperrgas, vorzugsweise Was.serdampf, in das Austragsrohr der
Füllkörper einleitet, um den Austritt von unerwünschen Gasen zu verhindern.
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Die in den unteren Teil des Vergasungsofens eingeleiteten sauerstoffhaltigen
Gase können mit Wasserdampf vermischt werden, um den Vergasungsvorgang und die Zusammensetzung
der entstehen den Vergasungsprodukte entsprechend zu steuern oder abzuändern und
die frei werdende Wärme besser auszunutzen. Das Wasser kann man auch in flüssiger
Form einspritzen, beispielsweise mit Hilfe eines Düsenrohres 3I, das von außen her
in den unterhalb des Rostes g in der Füllkörperschicht ausgesparten Raum hineinragt.
Die Abkühlung der am unteren Ende des Vergasungsofens ausgetragenen heißen Füllkörper
kann dadurch vervollständigt werden, daß man auf dem Weg bis zur Wiederaufgabe der
Füllkörper, an diesen Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, zum Verdampfen bringt.
Auf -diese Weise können zusätzliche Wärmemengen zur Dampferzeugung nutzbar gemacht
werden.
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In beiden Vergasungsöfen liegt der eigentliche Vergasungsraum etwa
in der WIi.tte des Ofens, so daß der obere Teil der Füllkörperschicht eine Kühlzone
fü.r das gebildete Generatorgas und eine Fliterzone für den bei der Vergasung der
Kohlenwasserstoffe anfallenden Ruß darstellt, in der bereits ein Teil dieses Rußes
vergasen kann, während der unterhalb des Reaktionsraumes gelegene Teil der Füllkörperschicht
als Vorwärmzone für das Ver-
gasungsmittel anzuschen ist, in der
gleichzeitig der restliche Ruß vergast wir'd.