DE3544792A1 - Verfahren und einrichtung eines hauptsaechlich aus co und h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) bestehenden gases - Google Patents
Verfahren und einrichtung eines hauptsaechlich aus co und h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) bestehenden gasesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich aus CO und H3 bestehenden Gases aus einem kohlenstoffhaltigen
Ausgangsmaterial, bei welchem fein verteiltes kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial verdampft und teilweise
verbrannt wird und anschließend das erhaltene Gasgemisch in einem koksgefüllten Schachtofen vergast wird, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
Man kennt bereits eine ganze Reihe verschiedener Verfahren zur Herstellung von Reduktionsgasen und Synthesegasen, wobei
diese verschiedenen Verfahren gewöhnlich verschiedene 3hhaltsverhältnisse
von CO und H3 im Gas ergeben. Außerdem sind die
bekannten Verfahren im Hinblick auf geringe Anteile von CO2
und H3O im erzeugten Gas begrenzt.
Bekannt ist auch, ein erzeugtes Gas zu vergasen, indem das Gas durch einen koksgefüllten Ofen hindurchgeführt wird. Ein
Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin,
daß der Koks zu etwa 10% der gesamten Menge an verbrauchten Kohlenstoffträgern verantwortlich ist.
Um die Vergasung wirkungsvoll bei den gewünschten niedrigen Temperaturen durchführen zu können, wird reaktiver Koks benötigt.
Man weiß natürlich, daß rekativer Koks bei niedrigen Temperaturen erzeugt werden kann, was in Verbindung mit dem
Extrahieren von Teer erfolgt. Große Erfolge gehen mit der Verwendung von reaktivem Koks im Vergleich zu dem im Handel
erhältlichen Koks einher, da reaktiver Koks weder Rauch noch Geruch bei der Verbrennung abgibt und bei niedrigen Temperaturen
um 6000C herum gezündet werden kann.
Da jedoch reaktiver Koks nur in begrenztem Maße zur Verfügung
steht, ist man heutzutage gezwungen, handelsüblichen metallurgischen
Koks zu verwenden, welcher jedoch weniger reaktiv ist und infolgedessen höhere Temperaturen zu seiner Vergasung erfordert.
Dies wiederum bringt es mit sich, daß die Vergasungsreaktionen aufhören, bevor die gewünschte Menge an CO und H2
erzeugt worden ist.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich CO und H2 enthaltenden
Gases aus irgendwelchem kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial
zu schaffen, und zwar unabhängig von der volatilen
Zusammensetzung dieses Materials, wobei der volatile Anteil im ursprünglichen kohlenstoffhaltigen Material ausnutzbar
und ebenfalls in CO und H« überführbar sein soll und
wobei die im flüchtigen Anteil und auch teilweise im Koks vorhandene physikalische Wärme wieder in das Verfahren eingebracht
werden soll und außerdem ein reaktiver Koks erzeugbar sein soll, welcher in dem Verfahren zur vollständigen Vergasung
des im Verfahren erzeugten Gases ausgenutzt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen
dadurch, daß kohlenstoffhaltiges stückiges Ausgangsmaterial in einem Schachtofen unter Zufuhr von Energie und
Oxidationsmittel entgast wird, im Entgasungsofen erzeugter reaktiver Koks über ein gasdichtes Schleusensystem in Abhängigkeit
vom Koksverbrauch im Vergasungsofen in denselben zugesetzt wird, um das nach Verdampfung und teilweiser Verbrennung erhaltene
Gasgemisch zu vergasen, und daß das bei der Entgasung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials entstandene und
dessen flüchtige Teile enthaltende heiße Gas dem Verdampfungsschritt zugeführt wird, um die darin enthaltenden eingeschlossenen
Bestandteile zu spalten und zu reformieren und außerdem seinen physikalischen Wärmegehalt auszunutzen.
Vorzugsweise wird der Gehalt von CO0 und H0O in dem hergestellten
Produktgas auf 0-10% und dadurch der Gehalt an CO und H2 auf 100-90% eingestellt.
Nach einem Vorschlag der Erfindung erfolgt die Entgasung des
kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials bei einer Temperatur zwischen 600-8000C. Hierbei erhält man einen extrem reaktiven
Koks, welcher, da er direkt in den angeschlossenen Vergasungsofen über ein gasdichtes Schleusensystem eingebracht wird,
niemals beispielsweise atmosphärischem Sauerstoff ausgesetzt wird.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden als kohlenstoffhaltiges
Ausgangsmaterial Anthrazit, bituminöse Kohle, Lignit und/oder Torfbriquetts in stückiger Form verwendet.
Zweckmäßigerweise wird der Verlauf der Entgasung mittels Füllstandsonden
im Vergasungsofen gesteuert. Da es sich bei dem
verwendeten Rohmaterial um irgendwelches kohlenstoffhaltiges Material wie beispielsweise Torf handelt, kann im Vergasungsofen ein höheres Ausmaß an Koksverbrauch zugelassen werden,
als dies trotz der Verwendung von reaktivem Koks erforderlich wäre, um beispielsweise ein Gas zu erhalten, welches virtuell
zu 100% aus CO und H2 zusammengesetzt ist.
Im Entgasungsofen erfolgt die Teiloxidation und Entgasung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials unter gleichzeitiger
Zufuhr von Energie und Oxidationsmittel.
Das Oxidationsmittel wird vorzugsweise in Form eines O2* H2O
und/oder CO2 enthaltenden Gases zugeführt. Das Oxidationsmittel
kann dabei insgesamt oder teilweise vorgewärmt werden, bevor es in den Entgasungsofen eingeleitet wird, zu welchem
Zweck das ausströmende heiße Produktgas verwendet werden kann.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird das Oxidationsmittel
insgesamt oder teilweise durch eine Brennkammer mit einem öl- oder Gasbrenner geleitet, bevor es in den Vergasungsofen
gelangt. Wenn es sich um einen Gasbrenner handelt, wird gekühltes und komprimiertes Produktgas verwendet, welches
vor dem Eintritt in den Brenner mit dem heißen Produktgas einen Wärmeaustausch erfahren kann.
Vorzugsweise wird der im Entgasungsofen erzeugte Koks vor dem
Verlassen des Entgasungsofens abgekühlt. Dies kann dadurch erfolgen, daß gekühltes und komprimiertes Produktgas in die
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Entnahmekammer des Entgasungsofen eingeleitet wird. Alternativ kann die Kühlung auch durch Kühlung des Entnahmetisches
erfolgen. Auf diese Weise läßt sich der Koks in der gasdichten Schleuse leichter handhaben und die Materialwahl für
das Schleusensystem wird weniger kritisch.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des eingangs beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem
gaserzeugenden Abschnitt mit einer Verdampfungskammer und einem Vergasungsofen sowie mit einem gasdichten Zufuhrteil
für stückige Kohlenstoffträger ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen mit dem Vergasungsofen über das gasdichte
Zufuhrteil für stückige Kohlenstoffträger verbundenen Entgasungsofen, ein Zufuhrteil für ein Oxidationsmittel und
Energie, ein Entnahmeteil am Boden des Ofens zur Entnahme von reaktivem Koks und einen oberen Auslaß für das im Entgasungsofen
erzeugte Koksgas.
Nach einem Vorschlag der Erfindung mündet in die Entnahmekammer
des Entgasungsofens, welche auch die Entnahmeeinrichtung oder das Entnahmeteil enthält, eine Kühlgasleitung.
Nach einem Vorschlag der Erfindung führt vom Gasauslaß des Entgasungsofens eine Gasleitung zur Verdampfungskammer. Hierdurch
wird der flüchtige Teil des stückigen kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials direkt in die Verdampfungskammer
zum Aufspalten und Reformieren eingebracht.
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Zweckmäßigerweise sind weiterhin Leitungen für die Zufuhr von
Oxidationsmittel zum Entgasungsofen vorgesehen, welche einen Kompressor und einen Wärmetauscher für den Wärmeaustausch mit
heißem Produktgas enthalten. Des weiteren ist nach einem Vorschlag der Erfindung eine Brennkammer in der Leitung für die
Zufuhr von Oxidationsmittel vorgesehen. In dieser Brennkammer kann ein öl- oder Gasbrenner angeordnet sein.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die Vorrichtung
eine Leitung für die Rückführung von Produktgas auf, welche einen Kühler mit einem nachgeschalteten Kompressor
aufweist und in den Brenner einmündet. Diese Rückführungsleitung kann außerdem einen Wärmetauscher für den Wärmeaustausch
des gekühlten und komprimierten Produktgases mit dem heißen Produktgas enthalten, in welchem Fall diese Leitung
vorzugsweise außerdem eine Nebenleitung aufweist, sodaß das Produktgas je nach Wunsch entweder insgesamt oder teilweise
den Wärmetauscher durchlaufen kann.
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand der beiliegenden
Zeichnung erläutert. Diese zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Gaserzeugungsabschnitt der Vorrichtung besteht aus einem Verdampfungsteil mit einer Kammer 1 für die Verdampfung und
teilweise Verbrennung von feinverteiltem kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial sowie einem Vergasungsofen 2, welcher mit
Koks 3 gefüllt ist.
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Die Verdampfungskammer ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und besitzt Wandungen 4 und 5. An den Vergasungsofen
können auch mehrere Veptdampfungskammern angeschlossen sein.
Einer oder mehrere Schlackenauslässe 9 sind für die Entnahme von Schlacke aus dem Vergasungsofen und aus der Verdampfungskammer
vorgesehen. Das erzeugte Gas wird durch einen Gasauslaß 7 im oberen Abschnitt des Ofens entnommen.
In den Ofen werden über ein gasdichtes Schleusensystem 8,
welches sich in die Gicht des Ofens öffnet, stückige Kohlenstoff träger eingespeist. Die Verdampfungskammer 1 öffnet sich
in den unteren Bereich des Ofens, von welchem aus das Gas nach oben durch das Koksbett und aus dem Gasauslaß ausströmt.
Mit der Verdampfungskammer ist mindestens ein Brenner verbunden, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus
einem Plasmagenerator 9 besteht. Der Plasmagenerator ist mit der Verdampfungskammer übeer einen Ventilmechanismus 9 verbunden.
In den Plasmagenerator wird Oxidationsmittel über eine Zufuhrleitung 11 eingebracht. Das Oxidationsmittel kann
als Trägergas verwendet werden, welches durch den Plasmagenerator hindurchgeführt wird oder alternativ kann ein
besonderes Trägergas verwendet werden. Das im Plasmagenerator erzeugte heiße turbulente Gas wird in die Verdampfungskammer
durch die Mündung 12 des Plasmagenerators eingebracht. Der kohlenstoffhaltige Brennstoff, vorzugsweise in Pulverform,
wird durch eine Speiseleitung 13 in eine konzentrische Ringsäule 14 zugeführt, welche die Mündung des Plasmagenerators
umgibt, und/oder über eine Lanze 15, welche auch für die Zufuhr irgendwelcher benötigten Zuschläge verwendet werden kann.
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In dem Ofen sind Lanzen 16 und 17 für die Zufuhr irgendeines anderen Oxidationsmittels angeordnet, wie beispielsweise H2O
oder CO2 zur Ausnutzung der überschüssigen physikalischen
Wärme im Gas. Diese Lanzen ergeben auch die Möglichkeit einer Einstellung der Temperatur und Zusammensetzung des Gases.
In der Verdampfungskammer ist nahe der Zusatzstelle des Kokses eine erste Meßeinrichtung 18 angeordnet, während im Gasauslaß
7 des Ofens eine zweite Meßeinrichtung 19 angeordnet ist, um die Temperatur des Gases zu messen und/oder eine Gasanalyse
durchzuführen, wobei mit Hilfe dieser beiden Meßeinrichtungen oder Sonden das Verfahren gesteuert werden kann.
In der Verdampfungskammer 1 sind außerdem Lanzen 20 für die
Zufuhr von Schlackenbildnern angeordnet.
Die Vorrichtung besitzt außerdem einen Entgasungsofen 21 mit einer Zufuhreinrichtung 22 für stückiges kohlenstoffhaltiges
Ausgangsmaterial 23. Oxidationsmittel und Außenenergie werden über einen Heißwindring 24 in Winddüsen 25 zugeführt, welche
in den Ofen einmünden.
Im Boden des Ofens ist ein Entnahmeteil in Form eines rotierenden Tisches 26 mit einer Leitung 27 angeordnet, welche direkt
mit dem gasdichten Schleusensystem 8 für den Zusatz von stückigem Koks in den Vergasungsofen 2 verbunden ist.
Oxidationsmittel in Form eines O0, H0O und/oder CO0 enthaltenden
Gases wird über eine Leitung 28 und einen Kompressor 29
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über eine Ringwindleitung 24 und Winddüsen 25 in den Entgasungsofen
eingeblasen. Das Oxidationsmittel kann hierbei insgesamt oder teilweise in einem Wärmetauscher 30 vorgewärmt werden,
wobei heißes Produktgas über eine Leitung 31 verwendet wird, welche direkt mit dem Produktgasauslaß 32 verbunden ist. Außenenergie
kann durch Verbrennung von öl oder Gas zugeführt werden.
Bei Verwendung von öl wird das öl in einem Brenner 33 verbrannt/
welcher in die Verbrennungskammer 34 einmündet, wobei Oxidationsmittel entweder insgesamt oder teilweise durch die Verbrennungskammer
hindurch über eine Leitung 35 zugeführt wird. Das Oxidationsmittel kann hierbei insgesamt oder teilweise im
Wärmetauscher 30 vorgewärmt werden.
Bei Verwendung von Gas als Außenenergie wird ein Teil des Produktgases über eine Leitung 36 abgenommen, in einem Kühler
37 gekühlt und anschließend in einem Kompressor 38 auf den erforderlichen Druck komprimiert. Im Anschluß an diesen Kompressor
kann das Gas insgesamt oder teilweise in einem Wärmetauscher 39 vorgewärmt werden, in welchem das kalte Produktgas
vom heißem Produktgas, welches über eine Leitung 40 zugeführt wird, Wärme entnimmt. Das auf diese Weise gekühlte, komprimierte
und erforderlichenfalls vorgewärmte Produktgas wird dann durch den Brenner 33 in die Brennkammer 34 eingeleitet.
Der im Entgasungsofen hergestellte Koks kann vor der Entnahme
aus dem Ofen gekühlt werden, um seine Handhabung im gasdichten Schleusensystem zu erleichtern. Nach einem besonderen Vorschlag
der Erfindung kann dies dadurch erfolgen, daß ein Teilstrom
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des gekühlten und komprimierten Produktgases in die Entnahmekammer
41 des Entgasungsofens über eine Nebenschlußleitung des Kompressors 38 eingeleitet wird.
Das bei der Entgasung erzeugte Koksgas wird von einem Auslaß an der Gicht des Ofens über eine Leitung 44 der Verdampfungskammer
1 zugeführt. Das Gas besitzt hierbei eine Temperatur von 500-7000C und enthält den flüchtigen Anteil des kohlenstoffhaltigen
Ausgangsmaterials. Auf diese Weise wird die Energie ausgenutzt und gleichzeitig können die Bestandteile
des Gases direkt in der Verdampfungskammer aufgespalten und reformiert werden.
Infolgedessen wird erfindungsgemäß reaktiver Koks zur Vergasung in der erforderlichen Menge erzeugt, während gleichzeitig
die Nebenprodukte aus der Herstellung des reaktiven Kokses in wertvolles Gas umgeformt werden.
Gewöhnlich bildet der feinverteilte Kohlenstoffträger, welcher
der Verdampfungskammer zugesetzt wird, etwa 85%, das umlaufende Koksgas etwa 5% und der reaktive Koks im Vergasungsofen
etwa 10% des erzeugten Produktgases.
Außerdem enthält das Produktgas gewöhnlich etwa 20% H2 und
etwa 80% CO, doch kann dieses Verhältnis beispielsweise dadurch
verändert werden, daß Wasserdampf als Oxidationsmittel in der Verbrennungskammer verwendet wird.
- Leerseite -
Claims (1)
- Andrejewski, Honke & PartnerPatentanwälteDiplom-PhysikerDr. Walter AndrejewskiDiplom-IngenieurDr.-lng. Manfred HonkeDiplom-PhysikerDr. Karl Gerhard MaschAnwaltsakte:64 540/B-th4300 Essen 1, Theaterplatz 3, postf. 10025416. Dezember 1985Patentanmeldung SKF Steel Engineering ABP. 0. Box 202 S-813 00 Hofors, SchwedenVerfahren und Einrichtung eines hauptsächlich aus CO und H0 bestehenden Gases.Patentansprüche.1. Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gases aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial, bei welchem fein verteiltes kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial verdampft und teilweise verbrannt wird und anschließend das erhaltene Gasgemisch in einem koksgefüllten Schachtofen vergast wird, dadurch gekennzeichnet, daß kohlenstoffhaltiges stückiges Ausgangsmaterial in einem Schachtofen (21)Andrejewski, Honke & Partner, Patenfanwälte in Essenunter Zufuhr von Energie und Oxidationsmittel entgast wird, im Entgasung-ofen erzeugter reaktiver Koks über ein gasdichtes Schleusensystem (8) in Abhängigkeit vom Koksverbrauch im Vergasungsofen (2) in denselben zugesetzt wird, um das nach Verdampfung und teilweiser Verbrennung erhaltene Gasgemisch zu vergasen, und daß das bei der Entgasung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials entstandene und dessen flüchtige Teile enthaltende heiße Gas dem Verdampfungsschritt zugeführt wird, um die darin enthaltenden eingeschlossenen Bestandteile zu spalten und zu reformieren und außerdem seinen physikalischen Wärmegehalt auszunutzen.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an CO2 und H2O im hergestellten Produktgas auf 0-10% und der Gehalt an CO und H2 auf 100-90% eingestellt werden.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von 600-8000C entgast wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial aus Anthrazit, bituminöser Kohle, Lignit und/oder Torfbriquetts, jeweils in stückiger Form besteht.5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Entgasung mittels Füllstandsonden (18, 19) im Vergasungsofen (2) gesteuert wird.Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsofen (21) Oxidationsmittel in Form eines aus 0», EJD und/oder CO,, bestehenden Gases zugeführt wird.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel durch Wärmeaustausch mit heißem Produktgas teilweise oder insgesamt vorgewärmt wird.8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel insgesamt oder teilweise durch eine Brennkammer (34) geleitet wird, welche einen öl- oder Gasbrenner (33) enthält, bevor es in den Entgasungsofen (21) eingebracht wird.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gasbrenner (33) gekühltes und komprimiertes Produktgas verwendet wird.10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gekühlte und komprimierte Produktgas vor dem Eintritt in den Gasbrenner (33) zum Wärmeaustausch mit dem heißen Produktgas zusammengeführt wird.11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Entgasungsofen (21) erzeugte Koks vor der Entnahme aus dem Ofen gekühlt wird.Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Kokses ein gekühlter und komprimierter Teilstrom des im Vergasungsofen (2) erzeugten Gases verwendet wird.13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Koks im Entnahmeteil durch Wasserkühlung gekühlt wird.14. Vorrichtung zur Herstellung eines hauptsächlich CO undH2 enthaltenden Gases aus kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial unter Verdampfung und teilweiser Verbrennung von fein verteiltem kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial und anschließender Vergasung des erhaltenen Gasgemisches in einem koksgefüllten Ofen gemäß Anspruch 1 mit einem Gas erzeugenden Abschnitt mit einer Verdampfungskammer und einem Vergasungsofen sowie einem gasdichten Zufuhrteil für stückige Kohlenstoffträger, gekennzeichnet durch einen mit dem Vergasungsofen (2) über das gasdichte Zufuhrteil (8) für stückige Kohlenstoffträger verbundenen Entgasüngsofen (21), ein Zufuhrteil (24, 25) für ein Oxidationsmittel und Energie, ein Entnahmeteil (26) am Boden des Ofens zur Entnahme von reaktivem Koks und einen oberen Auslaß (43) für das im Entgasungsofen erzeugte Koksgas.15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Entnahmekammer (41) des Koks-Entnahmeteils (26) des Entgasungsofens (21) eine Kühlgasleitung (26, 42) einmündet.16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vom Gasauslaß (43) des Entgasungsofens (21) eine Gasleitung (44) zur Verdampfungskammer (1) führt.Andreiewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen17. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Leitungen (28, 35) für die Zufuhr von Oxidationsmittel zum Entgasungsofen (21) mit einem Kompressor (29) und einem Wärmetauscher (30) für den Wärmeaustausch mit heißem Produktgas.18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (34) in der Leitung (35) für die Zufuhr von Oxidationsmittel.19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (34) ein öl- oder Gasbrenner (33) angeordnet ist.20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brenner (33) eine Leitung (36) zur Rückführung von Produktgas einmündet, in welche ein Kühler (37) und ein nachgeschalteter Kompressor (38) eingebaut sind.21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (36) einen Wärmetauscher (39) für den Wärmeaustausch mit heißem Produktgas sowie eine diesen Wärmetauscher (39) umgehende Umgehungsleitung (36a) vorgesehen sind.
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