DE1796050A1

DE1796050A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von wasserhaltiger Kohle

Info

Publication number: DE1796050A1
Application number: DE19681796050
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Schenck; Dr-Ing Werner Wenzel
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1970-10-22
Also published as: US3647379A

Description

Pat entanmeldung

der Firma

Rheinische Braunkohlenwerke AG., Köln, Kaiser-Friedrich-Ufer 55

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von wasserhaltiger Rolle.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung wasserhaltiger Kohle oder dgl.

Ihr liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Vergasung auf einfache und technisch vorteilhafte Weise mit grosser Wirtschaftlichkeit durchzuführen. Insbesondere geht es dabei auch um die Möglichkeit, Kohlen, die im Gewinnungszustand einen hohen Wassergehalt besitzen, ohne vorherige Trocknung oder Wasserabscheidung in brennbare Gase umzuwandeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass das Kohle-Wasser- Gtmi »cn ale plastische oder fluide Masse durch Rohrleitung(en) in den Vergasungs-Reaktionsraum eingebracht wird. In diesem Reaktionsraum gibt das Gemisch zunächst »inen Wassergehalt durch Verdampfen ab, wobei das verdampfte "Wasser sich direkt mit den festen vergasbaren Bestandteilen der Kohle unter Bildung eines brennbaren Gases umsetzt. Als Vergasungsmittel wird somit ganz oder vorwiegend das Eigenwasser, das die Kohle beispielsweise aus dem Gewinnungsprozess mitbringt, nutzbar gemacht.

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Für die Anwendung der Erfindung kommen vor allem solche Kohlen in Frage, die bereits in der bgerstätte grosse Mengen an Wasser enthalten und auch bei ihrer Gewinnung einen hohen Wassergehalt aufweisen. Es sind dies vor allem Braunkohlen, deren Wassergehalt im Gewinnungszustand zwischen etwa 50 und 6o£ liegt. Desweiteren ist die Lehre gemäss der Erfindung tei Torf anwendbar, wenn dessen Wassergehalt etwa auf die bei Rohbraunkohlen üblichen Werte herabgesetzt worden ist. α Die Erfindung ist aber auch bei solchen Kohlen mit Vorteil anwendbar, die in der Lagerstätte kein oder wenig Wasser enthalten, die aber während des Gewinnungsprozesses mit grossen Mengen Wasser in Berührung gebracht werden. Hierunter fallen beispielsweise Steinkohlen, die'ggf. in einer Aufschwemmung mit etwa 40 bis 50$ Wasser aus der Grube gefördert und in dieser Form, also als Kohle-Wasser-Gemisch, vom Gewinnungsort zum Vergasungsort transportiert werden können.

Die Zuführung der Wärme, die für diesen Vergasungsprozess fiir die Aufheizung der Ausgangsstoffe, für die Verdampfung des Wassers, für die Zersetzung der Kohle und die Durchführung der endothermen Reaktionen erforderlich ist, kann dem Reaktionsraum auf direkte oder in- · direkte Weise, d. h. durch die Wandungen hindurch, zugeführt werden. In letzterem Fall besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Rohrleitung (en), durch die das Kohle-Wasser-Gemisch hindurchgedrückt wird, von aussen zu beheizen.

Andererseits kann die Vergasungswärme durch ein fluides Medium in den Reaktionsraum eingebracht werden. Ss besteht auch die Möglichkeit einer chemischen Wärmeerzeugung mittels Te11verbrennung der Kohle. In bekannter V/eise kann die Innenerhitzung des Reaktionsraumea mittels eines im Kreislauf geführten Heizgases erfolgen. Als solches

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eignet sich beispielsweise das in dem Prozess erzeugte Produktionsgas, von dem jeweils ein Teil abgezweigt, aufgeheizt und in den Reaktionsraum wieder eingeführt wird. Desweiteren kann aber auch flüssiges Blei als im Kreislauf zu führendes Heizmedium verwandt werden, wobei ausserhalb des Reaktionsgefässes eine Aufheizung des flüssigen Bleis erfolgt, die beispielsweise durch das Reaktorkühlmittel eines Kochtemperaturkernreaktors in einem Wärmeaustauscher erfolgen kann. Die für den Vergasungsprozess erforderliche Wärme wird so in besondere vorteilhafter Weise einem Atomkernreaktor entnommen. Es ist zweckmässig und gegebenenfalls erforderlich, die im Kreislauf geführten Heizmedien von Verunreinigungen zu reinigen, die diese bei der Berührung mit den Reaktionsprodukten im Vergasungs-Reaktionsraum aufnehmen. Bei diesen Verunreinigungen kann es sich z. B. im Schwefel handeln.

Das Verfahren gemass der Erfindung kann im übrigen auch durchaus an besonder· Anwendungsf&lle angepasst werden. Ein solcher besonderer Fall kann z. B. dadurch gegeben sein, dass für die Erzielung eines bestimmten Produktionsgaees nur ein verhaltnismassig geringer Wassergehalt in der Kohl· enthalten sein darf, bei dem das Genisch nur unvollkommen in einen puepbar plastischen Zustand übergeführt werden kann, so dass gross· Puapleistungen erforderlich sind und es zudem zu erheblichem Reibungsverschleiss in den Rohrleitungen können kann. Zur Beseitigung dieser Nachteile schlägt die Erfindung weiterhin vor, dass dem Kohle-Wasser-Gemisch Cl oder andere geeignete Zusätze insbesondere in den Randzonen des Rohrleitungsquerschnittes beigefügt werden, die die Plastizität des Gemisches erhöhen und/ode» den

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Reibungskoeffizienten an der Rohrwandung herabsetzen. Die Verteilung dieses Zusatzes in den Handzonen hat den Vorteil, dass zur Erzielung des angestrebten Effektes nur ein verhältnismassig geringer Aufwand erforderlich ist. Die Beölsung der Randzonen lässt sich beispielsweise durch Schmieröffnungen in der Rohrwand erreicten, durch die hindurch Öl oder dgl. eingeführt,gegebenenfalls eingedrückt wird.

φ Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung eine Vorrichtung verwendet werden, die im wesentlichen aus einer Rohrleitung mit einem Ventil, vorzugsweise einem Einweg-Kugelventil, besteht, durch die das Kohle-Wasser-Gemisch mittels einer Pumpe, vorzugsweise einer Kolben-Pumpe, in den Reaktioneraum hineindrückbar ist. Es bitsteht aber auch die Möglichkeit, die Rohrleitung, durch die das Kohle-Wasser-Gemisch in den Reaktioneraum eingebracht wird, mit derartigen Abmessungen zu versehen, dass der Reibungswiderstand innerhalb der Leitung grosser ist als die durch den Innendruck des Reaktionsraumes auf

w das zu transportierende Gut ausgeübte Kraft.

Bei Verwendung eines Kugelventile können letzterem Reaktionsrohre nachgeschaltet sein, deren Wandungen von einem fluideη heisseη Medium wie Rauchgas oder Helium aus einem Kernreaktor·beheizbar sind, wobei ein an den Reaktiongsrohren anschlieesendee Abscheideraum vorgesehen ist, in dem die Kohleasche von den gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt wird, sowie mit Auslassorganen für letitere und Abftihrorganen für die festen Vergaaungsrückst&nde.

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Es besteht auch die Möglichkeit, eine rotierende Pumpe für das plastische oder fluide Kohle-Wasser-Geraisch, z. E. eine Schneckenpumpe, zu verwenden und einen mit der Pumpe verbundenen Reaktionsraum vorzu sehen, in welchem sich flüssiges, auf die Vergasungs-Reaktionstemperatur aufgeheiztes Blei befindet, wobei die Stelle, an der das Gemisch in das Bleibad eingebracht wird, sich im unteren Teil des letzteren befindet, und der Reaktionsraum mit Öffnungen und Organen zum Abführen der Reaktionsgase aus dem oberhalb des Bleibades vorhandenen Ga3samraelraum sowie mit Öffnungen und Organen zum Abführen der oberhalb des Bleibades sich herausbildenden Schicht von festen Vergasungsrückständen und mit Öffnungen und Organen zum Zu- und Abführen des ausserhalb des Reaktionsraumes aufgeheizten und im Reaktionsraum ab gekühlten Bleis versehen ist, und in den Bleikreislauf ein Wärmeaustauscher eingeschaltet ist, in dem das Blei durch ein fluides Heiz mittel, ζ· B. das Reaktorkühlmittel eines Kernreaktors, aufgeheizt wird.

Das Pumpen des lohle-Wasser-Gemisches in den Reaktionsrau« hinein set«t bestimmte Eigenschaften des su pimpenden Materials voraus. Es hat eich herausgestellt, dass Braunkohlen unter mechanischem Druck in einem verhtltnimmÄasig grossen Bereich des Wassergehaltes im Sinne der Erfindung pumpbar sind. Diese Wassergehalte können von etwa 20$ aufwärts liegen, wobei der obere Wassergehalt Im allgemeinen durch den natürlichen Wassergehalt der Kohle gegeben ist. Die Hiniufügung von weiteren Wassermengen ist normalerweise nicht zweckmässig oder auch nicht notwendig.

Der Wassergehalt, mit dem die Kohle durch die Rohrleitung(en) hindur:;;ge} uiTipt. werden soll, wird deshalb erf indungagemLss in der Haupt-

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sache durch den für die Vergasungsreaktion erwünschten oder notwendigen Wassergehalt bestimmt. Da bei dem Verfahren nach der Erfindung der gesamte aus der Kohle verdampfte Wasserdampf an der Reaktion bzw. an den Reaktionsgleichgewichten teilnimmt, bestimmt er bei gegebener Vergasungstemperatur und bei gegebenem Vergasungadruck im wesentlichen die Zusammensetzung des erzeugten Gases. Diese kann aus Kohlenmonoxyd und V/asser stoff bestehen, desweiteren aus diesen Komponenten und zusätzlich grösseren Mengen Kohlensäure, aus vorwiegend Wasserstof: und Kohlensäure und schliesslich aus steuerbar mehr oder minder grösseren Anteilen an Methan.

Die Reaktionsbedingungen, die sur Eineteilung einer bestimmten Endgaszusammensetsung hinsichtlich Temperatur, Druck und Wasserdampfüberschuss erforderlich sind, sind aus der Thermodynamik dieses Prozesses hinreichend bekannt. Veränderlich iat je nach dem Verwendungazweck des zu erzeugenden Gases die gewünschte GasZusammensetzung. So können nach dem vorliegenden Verfahren durch Auswahl der Temp·-

•ratur- und Druckbedingungen und insbesondere durch Verwendung einer Kohle mit bestimmtem Anfangswassergehalt entweder Reduktionegaee für die Eisenerereduktion oder Synthesegase für verschiedene OasSynthesen oder hoch heizwerthaltige Gase für die Feragaserttugung hergestellt werden»

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer Vorrichtung zur Vergasung von wasserhaltiger

Kohle,

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Fig. 2 das Schema einer zweiten Ausftihrungsform,.

Die Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird im wesentlichen davon abhängen, welche Eigenschaften in Bezug auf die Pumptarkeit das jeweils zu verarbeitende Gemisch besitzt und welcher Gegendruck überwunden werden muss.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 eignet sich in besonderer Weise für das Verarbeiten eines Gemisches aus Braunkohle und Wasser, wobei die Anteile des letzteren etwa 6Cf ausmachen. Dieses Gemisch wird mit einem Druck von 20 at. in ein Reaktionsrohrsystem eingegeben. In der Zeichnung ist Bit 11 eine Kolbenpumpe bezeichnet, die einen hin- und hergehenden Kolben 12 und einen Zuführungstrichter 13 für das Gemisch aufweist. Mit 14 ist ein Kugelventil bezeichnet, das im wesentlichen aus einer hin- und herverschiebbaren Kugel 15, einer Feder 16 und einem Kugelgehäuse 17 besteht. Letzteres dient dazu, die Feder 16 abzustützen, die bei zurückgezogenem Kolben 12 die Kugel 15 gegen die Dichtkanten des Kugelgehäuses 17 drückt.

An der dem Kolben 11 abgekehrten Seite ist das Kugel-(Einweg-}Ventil an eine Verbindungerohrleitung 18 angeschlossen, die in ein·· oder mehrere innerhalb βineβ Reaktioneraumee 19 befindliche Reaktionsrohre 20 übergeht. Die Wandungen des Reaktionsraumes sind mit 21 bezeichnet. In den Reaktionsraum 19 hinein führt eine Zu«fc*±leitung 22 für das aufgeheizte Heizmittel. Weiterhin ist eine Ableitung 23 für das abgekühlte Heizmittel vorgesehen. Kit 24 ist eine Verbindung si eitu ng zwischen ;"leaktionsraum 19 Lz</. Reaktionsrohron 20 und einem Trennrujm ?5 bezeichnet. Letztere^besitzt am oberen !'.ride eine

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Gas-Abftihrungsleitung 26 mit einem Regelorgan 27. Am unteren Ende des Trennraumes 25 befindet sich eine Druckschleuse 28 für die Abführung der festen, nicht vergasbaren Produkte mit einem Schieberpaar 29.

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung arbeitet in der Weise, dass dem Trichter 13 das Kohle-Wasser-Gemisch 30 zugeführt wird. Dieses Gemisch wird mittels des Kolbens 12 als plastisehe Masse gegen die Kugel 15 des Kugelventiles 14 gedrückt. Infolge dee Ton der Feder 16 gesteuerten Nachgebens der Kugel 15 gelangt die plastische Masse über das Einwegventil 14 und die Verbindungsrohrleitung 18 in das Reaktionsrohr 20. Über die Zuleitung 22 wird ein fluide· Heismittel, beispielsweise das Reaktorkühlmittel Helium aus einem Hochtemperaturkernreaktor in den Raum 19 ein und, nachdem es seine Warme abgegeben hat, über die Leitung 13 wieder abgeführt. Auf · Grund der so erfolgenden Beheizung des Reaktionsrohreβ 20 wird das in dieses eingedrückte Gemisch Kk 31 zunächst getrocknet und in eine Trockenkohle32 übergeführt, so dass am Ende dee Reaktionsrohr« 20 lediglich das aus der Vergasung gewonnene Gas 34 und Vergasungsrüek- ' stände, d. h. in·der Hauptsache Kdleaeche, vorhanden sind. Das Gas 34 strömt in den Trennrau» 15 hinein und niaeat hierbei die Vertaeungerückstände 33 mit. Das Gas 34 wird über den Aualaßetutaen 26 und du« Regulierorgan 27 au· dem Trennraum 15 abgeführt« Die aa Boden de· Trennraumes 25 sich ansammelnden VergasungsrUckatftnde werden durch wechselweises Offnen des DoppelSchiebers 29 über die Schleuse 2Θ abgeführt. Als Endprodukt stehen so das bei der Vergasung angefallene Gas und die Vergasungsrückstände zur Verfügung.

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Bei dem in Fig. 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kohle-Wasser-Gemisch mittels einer Pumpe durch eine Rohrleitung hindurch ohne Zwischenschaltung eines Ventils in den Reaktionsraum hineingedrückt. Die Rohrleitung zwischen Pumpe und Reaktionsraum erhält hierbei einen derartigen Querschnitt und eine derartige Länge, dass infolge des Reibungswiderstandes in der Rohrleitung ein Zurückdrücken des Gemisches auf Grund des im Reaktionsraum herrschenden Innendruckes nicht möglich ist. In Fig. 2, die weiterhin die direkte Erhitzung des Reaktionsraumes mittels eines im Kreislauf geführten Heismittels zeigt, ist mit 40'eine Rotationsdruckpumpe be-» zeichnet, die als Schneckenpumpe ausgebildet ist. Das über einen Trich-

ter 41 zugeführt· Gemisch 42 wird durch eine Schnecke 43 vortranaportiert.

An die Pump· 40 schlisset eine Rohrleitung 44 an, durch die das Gemisch in d·» Reaktionsraum 45 gedrückt wird. Oer Reaktionsraum 45 ist bei di«s«m Ausführungsbeispiel zugleich auch der Abscheideraum.

Im oberen Teil dtβ le*ktionaraum«e 45 befindet sich ein Auslass 46, durch dtn hindurch dl· ?«rgftfungsrückst&nd· in «in Saeaelgefass 47 tntin, Letztere* ist an mIm· unter·» End· mit «in« Schieber 4β reriehen, der aueh «1« Doppelschieber ausgebildet sein kann. Mit Hilf· dieses Schiebers können di· Vergasungsrücksttlnd· aus den Saemelgefäs«

47 entleert werden.

Aa oberen Ende des Reaktionsraum·β 45 befindet sich ein Gasabzugsstut«en 49 mit einem Regulierorgan 50· Am unteren End· des Reaktionsraumee 10 ist eine Zuführungsleitung 51 für das fluide Kreislaufhelz- mittel angebracht. IH»a#.r Zuleitung %\ JA ein Regulieror^an 52 zuge-

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ordnet. Die Zuleitung 44 für das Kohle-Wasser-Gemiseh mündet über ein Mündung3stück 53 in den Reaktionsraum 45·

Die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung arbeitet in der Weise, dass das Gemisch 42 durch den Trichter 41 in die Pumpe 40 gegeben wird. Der hier erzeugte Materialstrang wird durch die Leitung 44 und über das Mundstück 53 in den Reaktionsraum 45 eingedrückt. Weiter wird in den Reaktionsraun 45 über das Regulierorgan 52 und die Zuleitung 41 hoch erhitztes Blei eingeführt, das eine Anfangstemperatur von beispielsweise 1000° C aufweist. Sas flüssige Blei steht im Reaktionsraun 45 bis zur NiveauhöheJft und wird durch die· Ableitung 55 über das ^egulierorgan % 56 abgeführt, nachdem es sich auf eine Temperatur von beispielsweise 750° G abgekühlt hat. ügs Blei wird danach durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kreislauf geführt, indem es von 750° C wiederum auf 1000° C erhitzt und gegebenenfalls gereinigt wird. Die Wärme für die Erhitzung des Bleies kann in besonders vorteilhafter Weise einen Atomkernreaktor entnommen werden. Das über das Mundstück 53 in das Bleibad 57 eingeführte Kohle-Wasser-Gemisch wird spontan getrocknet und entgast, wobei die hierbei entstehenden Oase Anlass zu einer starken Verwirbelung der Kohle und ihrer Entgasungsprodukte im Bleibad sldnd. Hierbei findet eine intensive Reaktion des Wasserdampfes und der duroh Entgasung entstandenen Kohlensäure Mit des Kohlenetoff unter Bildung permanenter trennbarer Gase statt. Diese Produktionsgase 58 sawneln sieh in Oberteil des Reaktionsraumes 45 und werden über den Auslaßetutien 49 und das Regulierorgan 50 nach aussen abgeführt. Oberhalb dea Niveaus 54 des Bleidbadee 57 sammeln sich die Vergasungsrückstände

59, die vornehmlich aus der Asche der Kohle bestehen. £iese Verpasungs- -ückstände werden als Abfall über das Sammelgefäss 47 nach aussen geführt.

Das erfindungsgemksse Verfahren zur Vergasung von wasserhaltigen Kohlen erfolgt.im wesentlichen bei Drücken bis zu etwa 50 at.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Vergasung von wasserhaltiger Kohle, insbesondere Iran Braunkohle mit hohem Waseergehalt (Ihbraunkohle), dadurch gekennzeichnet, dass das Kohle-Wasser-Gemisch als plastische oder fluide Masse durch Rohrleitung)en) in den Vergasungs-ßeaktionsraura eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Vergasung erforderliche Wärme indirekt von aAssen in den Reaktionsraum eingebracht wird durch Beheizung der Rohre, durch die daß Kohle-Wasser-Gemisch hindurchgedrückt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungswärme durch ein fluides Medium in den Reaktionsraum eingebracht wird, wie z. B. im Kreislauf geführtes und ausserhalb des Reaktionsraumes aufgeheiztes Produktionsgas oder wie ebenso behandeltes flüssiges Blei.

4* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem KQhIe-Wasser-Gemisch Öl oder dgl. beigefügt wird, insbesondere derart, dass das öl in die Randzonen des Rohrleitungsquerschnittes gegeben wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach einen der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (18) mit einem Ventil (14), vorzugsweise einem Kugelventil, durch die das Kohle-Wasser-Gemisch mittels einer Pumpe (11), vorzugsweise einer

Kolben-Pumpe, in den neaktionsraum (20) hineindrückbar ist.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4| dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (44), durch die das Kohle-Wasser-Gemisch in den Heaktionsraum (45) eingebracht wird, mit derartigen Abmessungen versehen ist, dass der Reibungswiderstand grosser ist als die durch den Innendruck des Reaktionsraumes (45) auf das zu transportierende Gut ausgeübte Kraft.

7« Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kugelventil (14) ßeaktionsrohre (20) nachgeschaltet sind, deren Wandungen von einem fluiden heissen Medium wie Rauchgas oder Helium aua einem Kernreaktor beheizbar sind, wobei ein an den Heaktiongsrohren (20) anachliesaender Trennraum (25), in dem die Rückstände (33) von den gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt werden, sowie Auslassorgane (26, 27) für letztere und Abführorgane (28, 29) für die festen Vergasungsrücketände vorgesehen sind.

8. Vorrichtung sur Durchführung dee Verfahrene gemüse Anspruch 1 und 3 oder 4/ gtkennstichnet durch eine rotierende Pumpe (40) für das plastische oder fluide Kohle-Wasier-Oeaiech, z. B. eine Schnecken pumpe, und tintn mit der Pumpe (40) verbundenen Reaktlonsraun (45), in dem aich flüssige·, auf die Vergasungs-Keaktiona-Temperatur aufgeheiites Blei (57) befindet, wobei die Stelle (53), an der das Gemisch in das Bleibad (57) eintritt, sich im unteren Teil des letzteren befindet, und der Reaktionsraum (45) mit Öffnungen (49) und Organen (50) sum Abführen der Reaktionsgase aus dem oberhalb des Bleibades (45)'vorhandenen Gaeeammelraum sowie mit Öffnungen (46) und Organen (48) sum Abführen der oberhalb des Bleibades sich herausbildenden Schicht von festen Vergasungsrückständen und mit Öffnungen (51, 55)

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und Organen (52, 56) zum Zu- und Abführen des ausserhalb dee Re aktionsraumes aufgeheizten und im Reaktionsratan abgekühlten Bleis versehen let und in dtn Bleikreielauf ein Wärmeaustauscher eingeschaltet

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ist, durch den das Blei durch ein fluides Heini tt el, z. B. das Reaktorkühlaittel eines Kernreaktors, aufgeheizt wird.

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