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Köntinuierliche Gasentgiftung Wandelt man in einem Stadtgas das CO
zum Zwecke der Entgiftung des Gases- in bekannter Weise nach der Wasserdampfkatalyse
in H2 und CO.. um und beläßt letztere als `sogenannte Umwandlungskohlensäure im
entgifteten Gas, so sinkt dessen Heizwert unter jenen, den das Stadtgas vor seiner
Entgiftungsbehandlung besaß. Es ist aber oft aus mehrfachen Gründen wichtig, eine
solche Heiz-Werteinbuße zu vermeiden, d. h. es ist anzustreben, daß das entgiftete
Gas, Endgas genannt, den gleichen Heizwert (Verbrennungswärme) wie das Stadtgas
vor Einführung der Stadtgasentgiftüng, Ausgangsgas genannt, be= sitzt, wenigstens
insoweit diese Eigenschaften nicht allzusehr von den Eigenschaften des Ausgangsgases
abweichend sind. Die Beibehaltung der übrigen brenntechnischen Eigenschaften, das
sind Zündgeschwindigkeit und Gasdichte, ist nach den Erfahrungen in der Praxis zur
Lieferung eines brauchbaren entgifteten Stadtgases nicht eine unumgängliche Notwendigkeit.
Zur Gleichhaltung des Heiz-. wertes des Ausgangsgases im Endgas haben sich bisher
zwei Methoden in die Praxis eingeführt. Entweder wird bei einem aus zwei oder mehreren
Einzelgasen, wie Stadtgas, Generatorengas u. dgl., zusammengesetzten Stadtgas der
Heizwert im zusammengesetzten (zusammengemischten) Ausgangsgas entsprechend höher
gehalten, damit; der im entgifte ten: Stadtgas in gleicher Höhe bleibt oder man
entfernt nach der erfolgten CO-Umformung das entstandene C02, die Umwandlungskohlensäure,
auf irgendeine Weise, z. B. durch Auswaschen mit Druckwasser .oder chemischen Mitteln.
Eine dritte Methode zur Entgiftung von Stadtgas, das-seinen Heizwert beibehalten
soll,
besteht in der Anwendung von Katalysatoren, vorzugsweise Ankerit, die nicht nur
CO in H2 und C02 nach der Wasserdampfkatalyse umwandelten, sondern gleichzeitig
auch die Umwandlungskohlensäure ganz oder-in gewünschtem Maße absorbieren. Um dabei
die erforderliche Kontinuität zu erreichen, werden mindestens zwei Kontakträume
(Kontaktöfen) verwendet, in denen abwechselnd die Gasumwandlung vorgenommen wird,
oder es wird bei Vorhandensein eines einzigen Kontaktofens und eines dazugehörigen
Regenerierofens, der mit C02 abgesättigte Kontaktstoff ruckweise in Teilmengen rechtzeitig
aus den Kontaktofenraum entfernt und durch frischen (regenerierten). Kontaktstoff,
der die Umwandlungskohlensäure aufzunehmen imstande ist, ersetzt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein solches Verfahren
der Stadtgasentgiftung mit gleichzeitiger CO-Umsetzung und CO2 Absorption. Es ist
aber derart eingerichtet, daß der Heizwert (Wärmewert) des entgifteten Stadtgases
in gleicher Höhe wie im Gas vor der Entgiftung gehalten wird, wobei es gleichgültig
ist, ob es sich um ein CO-haltiges Einzelgas oder um ein CO-haltiges :Mischgas handelt.
Dieses wird gemäß- der Erfindung dadurch erreicht, daß man einen Kontaktofen verwendet,
der in bekannter Weise in zwei räumlich und baulich getrennte; aber thermisch verbundene
Ofenräume, einen Hauptkontaktofen und einen Nebenkontaktofen, unterteilt ist, wobei
durch die Wasserdampfkatalyse nur im ersteren CO umgewandelt und C02 absorbiert
wird, während im letzteren bloß eine CO-Umwandlung erfolgt Es arbeitet dabei nur
der Hauptkontaktofen mit einem Regenerierofen zusammen, und das zu entgiftende Stadtgas
wird entweder als einheitlicher Gasstrom nacheinander durch die beiden Kontakträume
geführt oder es wird nach einer Teilung in zwei Teilströme der eine Teil durch den
Hauptkontaktofenraum, der andere Teil aber durch den Nebenkontaktofenraum geleitet.
Im Hauptraum wird in beiden Fällen entgiftet und die aus dem CO entstandene C02
aus dem Gase ganz oder teilweise entfernt, im Nebenraum aber nur entgiftet, die
entstandene C02 aber im Gase belassen. Die Entgiftung geht bei der vorliegenden
Erfindung ausschließlich mit Hilfe der Wasserdampfkatalyse vor sich. Durch entsprechende
Einstellung der Wirksamkeit beider Ofenräume im ersteren Falle der einheitlichen
Gasstromführung und nach Mischung der beiden entgifteten in ein bestimmtes Verhältnis
gewählten Teilgasströme im zweiten Falle wird das gewünschte Ergebnis, das ist die
Beibehaltung des Heizwertes des Ausgangsgases im -entgifteten Stadtgas, erzielt.
Der Haupt- und Nebenkontaktofen i stehen dabei erfindungsgemäß vorteilhaft wärmetechnisch
in Verbindung. Beim Hintereinander schalten benötigt der Nebenkontaktofen keine
besondere Einrichtung zur Führung von Wärme, da die aus dem Nebenkontaktofen kommende
entgiftete Gasteilmenge die für die Reaktionen im Nebenkontaktofen nötige Wärme
mitbringt. Die fühlbare Wärme des aus den Nebenkontaktofen austretenden Gases wird
zweckmäßig in gespannten Dampf und Heißwasser umgesetzt. welche als Mittel zur Abführung
der durch die exothermen Reaktionen im Hauptkontaktofenraum entstehenden Wärme verwendet
werden können. Beim Nebeneinanderschalten der Kontakträume wird weiter erfindungsgemäß
der in den Nebenkontaktofen tretende Gasteil durch Wärmeaustausch mit den au: dem
Hauptkontaktofen abziehenden heißen Gas erhitzt, zu dem wird auch die Wärme des
aus dem Nebenkontaktofen abziehenden Gases für den Betrieb des Hauptkontaktofens
herangezogen.
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Wenn es gewünscht wird und es sich um kohlenoxydhaltige Gase oder
Gasgemische handelt, die von Haus aus einen höheren CO.-Gehalt aufweisen, so läßt
sich mit Hilfe des Verfahrens ein entgiftetes Stadtgas erzeugen, das einen höheren
Hieizwert (höhere Verbrennungswärme) besitzt, als ihn das Ausgangsgas aufweist.
Um dies zu erreichen, wird durch den Hauptkontaktofen eine entsprechend größere
Teilgasmenge als im Falle der Gleichbehaltung des Heizwertes und durch den Nebenkontaktofen
eine gegenüber diesem Fall entsprechend kleinere Kleingasmenge geleitet. Im Hauptkontaktofen
wird nicht nur die Umwandlungskohlensäure vollkommen. sondern auch die im Ausgangsgas
vorhanden gewesene Kohlensäure teilweise oder vollkommen entfernt. Dadurch steigt
der Heizwert erheblich an, so daß er nach dem Zumischen der Teilgasmenge aus dem
Nebenkontaktofen, wenn diese auch Kohlensäur: enthält, höher wird als er im Ausgangsgase
war.
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Zusammengefaßt bringt die Anwendung des Verfahrens zur Stadtgasentgiftung
nach der vorliegenden Erfindung folgende, zum Teil überraschende betriebliche und
bauliche Vorteile gegenüber dem bisher bekannten Verfahren mit sich: i. die Anwendbarkeit
auf alle kohlenoxvdlialtigen Einzel- und Mischgase; 2. keine erforderliche Mehrerzeugung
an heizwertreichen Bestandteilen (Kohlengas) des zu entgiftenden Mischgases trotz
Beibehaltung des Heizwertes (Wärmewertes) desselben nach der erfolgten Entgiftung;
3. keine mengenmäßige Veränderung durch die Entgiftung;
4.. keinerlei
Veränderungen in der bisherigen Mischgaserzeugung; 5. wesentliche wärmewirtschaftliche
Ersparnisse, insbesondere an Wasserdampf für die CO-Umsetzung; 6. die Möglichkeit,
zwei Einzelgase eines Mischgases in ein und derselben Entgiftungsanlage zu behandeln;
7. die Möglichkeit, leicht und genau einen gewünschten höheren Heizwert (Wärmewert)
im entgifteten Stadtgas (im Endgas) gegenüber dem Gas vor dessen Entgiftung (Ausgangsgas)
zu halten; B. bautechnische Vorteile, die sich im Falle der Nebeneinanderschaltung
des Haupt- und Nebenkontaktofens in einer Verkleinerung der Kontakträume beider
Ofen bei gleichbleibender Gesamtleistung äußern und in der Verringerung der Baukosten
sich auswirken.
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Diese bau- und betriebstechnischen Vorteile bringen bedeutende Vorteile
wirtschaftlicher Natur mit sich, und sie verringern die Kosten der Erzeugung von
entgiftetem Stadtgas in außerordentlichem Maße.
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In den Abb. i, 2 und 3 sind in schematischer Weise Ausführungsbeispiele
von Anordnungen zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung 'dargestellt.
Es ist dabei auf die Wiedergabe aller konstruktiver Ausführungseinzelheiten verzichtet
worden. Aber es ist erfindungsgemäß der thermische Zusammenhang beider räumlich
voneinander getrennten Teile des Kontaktofenraumes schematisch dargestellt worden.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den einzelnen Abbildungen.
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Nach Abb. i besteht der Kontaktofenraum aus den beiden hintereinander,
geschalteten Hauptkontaktofen i und Nebenkontaktofen 2.
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Die Verfahrensvorgänge sind folgende. Das zu entgiftende Gas (Ausgangsgas)
wird durch die Leitung 2o dem Hauptkontaktofen i zugeleitet. Der Dampfstrahlinjektor
9 saugt das zu entgiftende Gas (Gasgemisch) an und sättigt es über die Leitung 27
mit Wasserdampf aus dem Dampferzeuger 5. Vor Eintritt in den Hauptkontaktofen i
wird das zu entgiftende, mit Wasserdampf gesättigte Gas im Wärmeaustauscher 6 auf
etwa 300° C vorgewärmt (I. Stufe). Die weitere Vorwärmung des zu entgiftenden Gases
geschieht im Hauptkontaktofen i durch Aufwärmung an heißem Kontaktstoff auf etwa
500° C. Nachdem die Kohlenoxydumsetzung und die Kohlendioxydabsorption im Kontaktofen
i erfolgt ist, verläßt das Gas diesen Ofen i mit einer Temperatur von etwa 6oo°
C. Es besitzt dabei einen Kohlenoxydgehalt von 5 bis 8 °f, und fast keinen Kohlendioxydgehalt.
Bevor das aus i korntuende Gas durch die Leitung 21 in den Nebenkontaktofen 2 eintritt,
wird ihm durch einen Dampfstrahlinjektor io jene Menge an Wasserdampf zugeführt,
die für die Umsetzung der im Gas verbliebenen 5 bis 8 °/o Kohlenoxyd, bei Belassung
der Umwandlungskohlensäure im Gas, erforderlich ist. Aus 2 strömt das nunmehr fertig
entgiftete Gas durch die Leitung 23 dem Dampferzeuger 5 zu, wo es seine fühlbare
Wärme zur Dampferzeugung so weit abgibt, daß !es im Schlußkühler 2g auf etwa 2o°
C abgekühlt werden kann. Das fertig entgiftete und gekühlte Gas (Stadtgas) verläßt
29 durch die Leitung 2q..
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Der Kontaktstoffkreislauf zwischen dem Kontaktofen i und dem Regenerationsofen
3 ist durch Punkte 18 und Kreise 19 dargestellt. wobei die Punkte
18 den zur Regeneration geförderten Kontaktstoff und die Kreise i9 den schon in
regeneriertem Zustande sich befindlichen Kontaktstoff darstellen. Der Vollständigkeit
des thermischen Zusammenhanges beider Kontaktöfen i und 2 wegen sei noch erwähnt,
daß der in 5 erzeugte gespannte Dampf durch die Leitung 27 und Heißwasser durch
die Leitung 27' einem Röhrensystem im Kontaktofen i zugeführt werden, wo beide Medien
die exotherme Wärme in sich aufnehmen, was sich beim Dampf in der Überhitzung und
beim Heißwasser in einer Dampferzeugung äußert. Der überhitzte Dampf verläßt das
Röhrensystem in i durch die Leitung 28 und kann als Überschußdampf Verwendung finden.
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Abb. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abb. i, jedoch bei Nebeneinanderschaltung
des Hauptkontaktofens i und Nebenkontaktofens 2. Zum Unterschied von der nach Abb.
i vorgesehenen Einrichtung zum Abführen der exothermen Wärme aus dem Hauptkontaktofen
i mittels Kühldampf erfolgt die Abführung der exothermen Wärme nach Abb. 2 mittels
umgewälzten Rauchgases (Wälzgas). Für diesen Z`veck ist ein Ventilator 32 vorgesehen.
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DieVerfahrensvorgänge sind folgende: Die I. Stufe ist gleich jener
nach Abb. i. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 6 wird er Gasstrom in zwei Teilmengen.
geteilt, und zwar in solchem Verhältnis, daß die beiden , Teilgasmengen nach erfolgter
verschiedenartigerEntgiftungsbehandlung in demHaupt-und Nebenkontaktofen wieder
zusammengemischt ein Gasgemisch geben, das den gleichen Heizwert aufweist, den das
Gas vor seiner Entgiftung hatte. Dieser Verfahrensvorgang zur Herstellung eines
entgifteten Stadtgases bringt zunächst den Vorteil, daß der Hauptkontaktofen und
der zu ihm gehörige Regenerationsofen bei der gleich großen Gesamtleistung wie bei
-einer Anlage nach Abb. i kleinere Abmessungen (kleineres Volumen)
erhalten
können. Der Verfahrensvorgang bringt ferner auch für denBetrieb wesentliche Vorteile
dadurch, daß die Dampfmenge für die Kohlenoxvdumsetzung im Vergleich zur letzterwähntenEntgiftungsanlage,
auch durch die Verringerung der Strahlungsverluste infolge der kleineren Abmessungen
der Haupt-und Nebenkontaktofenräume und infolge der geringeren Fördermenge an Kontaktstoff
sowie geringeren Förderleistung für denselben. Wärme und Kraft eingespart wird.
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Die durch den Hauptkontaktofen i durchgehende Teilgasmenge beträgt
etwa 2J3 bis lj, der Gesamtgasm-enge. Infolgedessen ist entsprechend der kleineren
Abmessungen der Ofenräume i und 3 auch die im Kreislauf 18, ig befindliche Kontaktstoffmenge
eine geringere, als wenn die gesamte Gasmenge wie nach Abb.i durch den Hauptkontaktofen
hindurchgehen würde. Nach erfolgter Behandlung der Teilgasmenge in i strömt diese
bereits entgiftete Teilgasmenge durch die Leitung 21 zu dem Wärmeaustauscher 7,
wo die abgespaltene kleinere Teilgasmenge (1/g bis 1%.l der Gesamtgasmenge), die
mittels des Dampfstrahlinjektors io abgesaugt und mit einer überschüssigen Wasserdampfmenge
versehen wird, sich ein zweites Mal vorwärmt. Nach Austritt der größeren Teilgasmenge
aus dem Wärmeaustauscher 7 wird diese mit der aus dem Nebenkontaktofen kommenden
kleineren Teilgasmenge vereinigt. Die Gesamtgasmenge ist nun wieder die gleiche
wie die Ausgangsmenge. Die Behandlung der abgespaltenen kleineren Teilgasmenge im
Nebenkontaktofen 2 erstreckt sich bloß auf die hauptsächliche Umsetzung des Kohlenoxyds
bei Belassung der-Umwandlungskohlensäure, das ist diejenige, die bei der Umsetzung
des Kohlenoxyds entsteht, im Gas. Nach seiner Vereinigung mit dem vollkommen kohlenöxydfreien
und kohlensäurefreien Gas aus dem Hauptkontaktofen steigt der Kohlenöxydgehalt der
Mischgasmenge auf etwa i o,`o. Auch der Kohfensäuregehalt wird um ein geringes.größer.
Die beiden vereinigten Teilgasmengen durchziehen gemeinsam den Wärmeaustauscher
6, wo sie den größten Teil ihrer fühlbaren Wärme an das durch die Leitung 2o kommende
Ausgangsgas abgeben. Von 6 strömt das Gas durch die Leitung 23 zum Schlußkühler
29, den es als fertig entgiftetes und gekühltes Stadtgas (Endgas) durch die Leitung
2.t verläßt.
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Abb. 3 zeigt die Anordnung bei Anwendung des Verfahrens für zwei Gasarten
(Gasgemische) verschiedenartiger Herkunft und Zusammensetzung, für Zwecke der Erzeugung
eines als entgiftetes Stadtgas abzugebendes Gasgemisch aus beiden Gasarten. ..-Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel .nach' Abb. 3 4er-' folgt die :Xbführung der exothermen
Wärnle aus dem Hauptkontaktofen i durch Umwälzgase, und zwar saugt ein Ventilator
3 2 einen Teil der aus dem Dampfkessel 5 kommenden Abhitzegase (Rauchgase) an. Der
Restteil dieser Gase wird durch Kamin i i abgeführt. Der Ventilator 32 fördert die
Rauchgase zum Kontaktofen i, wo sie als Kühlgase innerhalb eines Rohrsystems für
den heißen, im Kontaktofenraum i befindlichen Kontaktstoff diel nen. Die erwähnten
Abhitzegase «erden von dem Ofen i zum Verbrennungsofen 8 geführt. wo sie sich mit
den heißen Verbrennungsgasen im Ofen 8 mischen und diese auf eine gewünschte, regelbare
Temperatur abkühlen. Aus dem Ofen 8 werden die gemischten inerten Gase nach Hindurchtritt
durch den Regenerationsofen 3 aber, zum Unterschied gegen Abb. 2, zunächst dem Nebenkontaktofen
2 zugeführt, w o sie aber nicht als Kühlgase, sondern als Heizgase in einem geschlossenen
Rohrsystem einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an den im Kontaktofen 2 befindlichen
Kontaktstoff abgeben, damit dort die Wassergasreaktion vor sich gehen kann. Die
etwas abgekühlten inerten Gase aus dem Heizrohr systern des Kontaktofens 2 werden
nun -durch die Leitung 15 dem Dampfkessel 5 zugeführt. in welchem sie ihre Restwärme
bis auf etwa 25o° C abgeben. Aus 5 werden diese abgekühlten Gase durch den Ventilator
32 abgesaugt und gelangen wieder in der beschriebenen Art und Weise zur Umwälzung.
33 stellt einen Sättiger zur Wasserdampfsättigung der einen zu entgiftenden Gasart,
und zwar der kohlenoxy därmeren, Kohlengas als das eine Ausgangsgas, dar, die getrennt
von der zweiten kohlenoxydreicheren Gasart, z. B. Halbwassergas, in den Nebenkontaktofen
2 geführt wird. Vorher wird dieses Ausgangsgas mittels eines Dampfstrahlinjektors
io mit einer entsprechenden zusätzlichen Dampfmenge versehen und im Wärmeaustauscher
7 auf etwa 300° C vorgewärmt. Die Behandlung des Kohlengases in 2 besteht darin,
daß in bekannter Weise nur das Kohlenoxyd nach der Wasserdampfkatalyse umgesetzt
wird, dabei aber die Umwandlungskohlensäure im umge wandelten Gase verbleibt. Die
auf diese `''eise entgiftete Gasart wird durch die Leitung 2i abgeführt und strömt
nach vorheriger teilweiser Abgabe seiner fühlbaren Wärme im Wärmeaustauscher 7 durch
die Leitung 22 der Mischstelle für beide Gasarten zu.
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Die zweite zu entgiftende, kohlenoxydreichere Gasart, z. B. Hal:bwassergas,
Wassergas, Mischgas u. dgl., wird als zweites Ausgangsgas durch die Leitung 2ö dem
Hauptkontaktofen i nach vorheriger Wasserdampfsättigung im Dampfstrahlinjektor 9
und Vorwärmung (I. Stufe) im Wärmeaustauscher 6
der Behandlung zugeführt.
Diese besteht zunächst in der regenerativen Vorwär mung (II. Stufe) der zu entgiftenden
Gasart im Unterteil des Kontaktofenraumes i an dem heißen Kontaktstoff. Die weitere
Behandlung der zu entgiftenden Gasart im Oberteil des Kontaktofens i besteht in
der möglichst restlosen Kohlenoxydentfernung und der gleichzeitigen, möglichst restlosen
Entfernung der Kohlensäure aus dieser zweiten Gasart. Nach ihrer vollständigen Entgiftung
im Ofen i wird diese zweite Gasart der vorerwähnten Mischstelle, bei welcher sie
mit der ersten entgifteten Gasart zusammentrifft, durch die Leitung 2i', 22' zugeführt,
gibt aber vorher im Wärmeaustauscher 6 einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an die erste
zu entgiftende Gasart, z. B. Kohlengas, ab. Gemeinsam strömen alle zusammengemischten
Gasarten, z. B. ein Gemisch von entgiftetem Kohlengas und einem entgifteten Zusatzgas
wie Hal'bwassergas, Wassergas, Mischgas u. dgl., durch die Leitung 23 in den Schlußkühler
29 ein. Hier wird das Gasgemisch auf etwa Außentemperatur gekühlt, und es verläßt
29 durch die Leitung 2qals fertiges, fein gereinigtes, gekühltes .entgiftetes Stadtgas,
das den gleichen Heizwert aufweisen kann, wie das Stadtgas unmittelbar vor seiner
Entgiftung gehabt hat. Selbstverständlich werden auch seine übrigen brenntechnischen
Eigenschaften solcherart sein, daß das entgiftete Gas bei seiner Anwendung in den
Gasverbrauchsgeräten keinerlei Umänderungen an diesen Geräten bedingt.
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Letzteres gilt natürlich für alle drei Ausführungsbeispiele zur Herstellung
von entgiftetem Stadtgas. Es kann dabei die Wärmeführung bei grundsätzlicher Beibehaltung
des Erfindungsgedankens untereinander vertauscht oder kombiniert werden. Als wärmetragende
Mittel für die Zu- oder Abführung von Wärme können sowohl die zu entgiftenden oder
entgifteten Gase als auch die aus beliebigen Brennstoffen erzeugten Gase, z. B.
Rauchgase aus dem Brennofen oder Abgase aus dem Regenerationsofen, ferner Luft oder
Wasserdampf u. dgl. dienen.