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Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Wassergas.
Es wurde bereits vorgeschlagen, das übliche zweiphasige, aus Heissblasen und darauffolgendem Kaltblasen bestehende Verfahren zur Wassergasherstellung durch Unterdrücukng der ersten Phase und durch Blasen mit einem Gemisch von Wasserdampf und mehr oder weniger reinem Sauerstoff kontinuierlich zu gestalten. Wird eine ruhende Brennstoffsehicht mit einem Gemisch aus entsprechenden Mengen von Sauerstoff und Wasserdampf verblasen, so ist die Temperatur so niedrig, dass Kohlensäure in wesentlicher Menge entsteht, welche den Heizwert des erzeugten Gases beträchtlich herabsetzt und den Vorteil des Entfalles des Heissblasens vernichtet.
Eine Reduktion der einmal gebildeten Kohlensäure durch im Überschuss eingeführten Brennstoff
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lichen Masse nicht statt.
Es ist auch bekannt, staubförmigen Brennstoff in Strahlform mit Luft zu verbrennen und alsdann
Wasserdampf einzuleiten, welcher mit dem im Überschuss zugeführten Brennstoff unter Bildung von
Wasserstoff und Kohlenoxyd unter Temperaturerniedrigung reagiert. Dabei weisen die den Ver- brennungsraum verlassenden und zur Reaktion mit dem Wasserdampf kommenden Gase Temperaturen von etwa 1200-1300 C auf und dabei entstehen immer unzulässige Mengen an Kohlensäure.
Nach der Erfindung wird nun ein stetiger Strom oder Strahl von zerstäubtem, festem oder flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit annähernd stickstoffreiem Sauerstoff und Wasserdampf in einer erhitzten Reaktionskammer bei Anwesenheit eines Überschusses an Kohlenstoff bei der unvoll- kommenen Verbrennung zur Reaktion gebracht, u. zw.
wird die Reaktion zwischen dem Kohlenstoff des zur Verbrennung gelangenden Teiles des Brennstoffes und dem Sauerstoff bei Temperaturen von
2000 C und mehr und nachher die Reaktion des restlichen Teiles des Brennstoffes mit Wasserdampf unter der sie begleitenden Temperaturherabsetzung zur Bildung eines praktisch nur Kohlenoxyd und
Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches durehgeführt. Bei der Verbrennung des Kohlenstoffes mit reinem Sauerstoff entsteht eine so ausserordentlich hohe Temperatur von 20000 C und mehr, welche die Bildung von Kohlensäure hintanhält oder zumindest die Menge an gebildeter Kohlensäure auf einen vernachlässigbaren Wert herabsetzt. Die relativen Mengen von Brennstoff und Sauerstoff in diesem Teil des Vorganges sind derartige, dass der gesamte Sauerstoff zur Bildung von Kohlenoxyd aufgebracht wird.
Ein Überschuss an Brennstoff, der entweder gleichzeitig, z. B. als Teil des Brennstoff- Sauerstoffstrahles mit jenem Brennstoff zu gesetzt werden kann, aus dem sieh das Kohlenoxyd bildet, oder der auch späterhin, etwa in Form eines gegen den ersten Strahl stossenden, zweiten Strahles bzw. zusammen mit dem Wasserdampf des Dampfstrahles zugeführt werden kann, erreicht in jedem Falle eine ausserordentlich hohe Temperatur. Bei dieser Temperatur, welche die Mischung der Verbrennunggase und der Brennstoffteilchen erreicht, bildet sich Kohlensäure in nur unwesentlicher Menge, und der verbrauchte Kohlenstoff wird nahezu gänzlich in Kohlenoxyd umgewandelt.
Während sieh das Ge- misch von Verbrennungsgasen und Brennstoffteilchen auf der durch die Reaktion entstandenen hohen Temperatur befindet, wird gesättigter oder auch iiberhitzter Wasserdampf-etwa in Form eines
Strahles, der gegen den von der teilweisen Verbrennung des Brennstoffes und Sauerstoffes stammenden
Strahl von Gas und Brennstoff stoss-in jenem Mengenverhältnis eingeleitet, das für die Reaktion mit dem hocherhitzte Brennstoff nach folgender Gleichung notwendig ist :
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Wärme absorbiert. Die Temperatur der Produkte sinkt dementsprechend und kann tiefer sein als jene der bei dem üblichen Wassergasverfahren gewonnen Gase.
Die Reaktionen
2 CO = CO2 + C und CO + H20 = CO, + H., gehen nicht in wesentlichem Ausmasse vor sieh und das Produkt ist praktisch kohlensäurefrei. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die letzterwähnten Reaktionen verhältnismässig viel langsamer als die umgekehrten Reaktionen vor sich gehen und dass die Verbrennungsprodukte, die ursprünglich auf einer Temperatur sind, die die Bildung von Kohlensäure ausschliesst, zu rasch abkühlen, als dass sie zum Entstehen von Kohlensäure in der letzten Phase des Vorganges Gelegenheit geben würden.
Infolgedessen ist es möglich, ein Gas zu erzeugen, welches nahezu gänzlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht. Die Bildung von Kohlensäure wird vermieden, 1. wegen der bei der Ersterbrennung herrschenden Temperatur und 2. wegen der raschen Abkühlung, wenn der Wasserdampf mit den Anfangsverbrennungsprodukten in Kontakt tritt. Das Auftreten von Stiekstoff wird durch die Verwendung von Sauerstoff an Stelle von Luft vermieden, und der Sauerstoff hat die weitere Funktion, die anfänglich hohe Ausgangstemperatur zu liefern, die für das Verfahren von Bedeutung ist.
Der beim vorliegenden Verfahren verwendete Brennstoff kann ein gemahlener, fester Brennstoff, beispielsweise verschieden grosse Kohle, oder ein flüssiger Brennstoff aus Erdöl oder anderer Herkunft sein, der zerstäubt und in diesem Zustande in die Verbrennungskammer eingeführt wird.
Gemahlener, fester Brennstoff erwies sich sehr zweckmässig ; er kann-kontinuierlich durch irgendeine Einrichtung eingeführt werden, die ihn mit-einer bestimmten Geschwindigkeit und gleichmässig fördert.
Es empfiehlt sich, verhältnismässig reinen Sauerstoff irgendwelcher Herkunft, beispielsweise aus Luftverflüssigungsanlagen, zu verwenden. Obgleich man Sauerstoff mit grösserer Reinheit als 99% erzeugen kann, ist es nicht wesentlich, dass der Sauerstoff von Verunreinigungen vollkommen frei wäre, wenn auch, wie erklärlich, die gewöhnliche Verunreinigung, nämlich Stickstoff, soweit als dies fabrikatorisch möglich ist, fehlen soll, weil Stickstoff inert ist und nur die gewonnenen Produkte verdünnt. Ein Sauerstoff, der 10% oder selbst mehr Stickstoff enthält, kann beim Verfahren Verwendung finden, obgleich alsdann die Güte des gewonnenen Gases eine mindere ist, weil es mit Stickstoff verdünnt ist, und demzufolge ist auch sein Heizwert ein geringerer.
Die Menge an Kohlenstoff, die durch eine bestimmte Menge Sauerstoff verzehrt wird, ist leicht bestimmbar. Die zugeführte Gesamtmenge an Kohlenstoff, sei es, dass diese schon anfänglich oder durch zusätzlichen Brennstoff späterhin zugeführt wird, soll ganz wesentlich jene übersteigen, die für die Reaktion mit dem Sauerstoff notwendig ist, und soll ausreichend für die Reaktion mit dem Wasserdampf sein, der dadurch Wasserstoff und Kohlenmonoxyd ergibt, wobei die bei der ersten Reaktion entstehende Wärme ausgenützt wird. Ein noch weitergehender Überschuss an Kohlenstoff wäre zwecklos, da er nicht mehr mit Wasserdampf zur Reaktion kommen kann und nur zusammen mit den Gasen abgeführt wird. In gleicher Weise hätte auch ein Überschuss an Wasserdampf keinen Zweck.
Der Sauerstoff und der Wasserdampf müssen unter so ausreichendem Druck eingeführt werden, dass ihre notwendige Vermischung mit dem Brennstoff stattfindet. Übermässiger Druck hat nicht viel Wert. Die Reaktionen vollziehen sich praktisch augenblicklich und das entstehende gasförmige Produkt kann bei verhältnismässig niedrigerer Temperatur stetig durch einen Staubscheider zur Abtrennung der Asche geführt und dann durch einen Gaswäscher zum Auswaschen der löslichen Verunreinigungen und schliesslich zu einem Gasbehälter der üblichen Art geleitet werden.
In der Zeichnung ist eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung schematisch veranschaulicht.
5 ist eine Verbrennungskammer aus einem feuerfesten Material, welches der verhältnismässig hohen Temperatur der anfänglichen Reaktion standzuhalten vermag. Durch ein Ende dieser Kammer tritt ein Brennstoffrohr 6 ein, welches an einen Trichter 7 angeschlossen ist, von dem es beispielsweise einen pulverisierten, festen Brennstoff entnimmt. Eine von einem Elektromotor 9 angetriebene Schnecke treibt den pulverisierten Brennstoff stetig durch das Rohr 6 hindurch zur Verbrennungskammer. Wird ein flüssiger Brennstoff verwendet, so fallen Schnecke und Trichter weg, und die Flüssigkeit wird unter Druck durch has Rohr zu einer Zerstäuberdüse geführt.
Um das Rohr 6 herum befindet sich die Sauerstoffleitung 10, die von irgendeiner Quelle durch ein Einlassrohr 11 mit Sauerstoff der gewünschten Reinheit und unter einem so hohen Druck beschickt wird, dass die Mischung zwischen Sauerstoff und Brennstoff in den richtigen Verhältnissen gewährleistet ist. Bei Entzündung des Brennstoffes liefert die Verbrennung Gase, die im Wesen aus Kohlenmonoxyd bestehen und Brennstoffteilchen bei sehr hoher Temperatur-gewöhnlich oberhalb 20000 C und im allgemeinen näher an 30000 C - mit sich führen.
Durch die Wandungen ragt ein Satz von Düsen 12 in die Verbrennungskammer hinein, u. zw. stehen sie vorzugsweise senkrecht zur Strömungsriehtung der Gase. Durch diese Düsen wird gesättigter
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Die gasförmigen, hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bestehenden Produkte ziehen durch den Hals 13 der Verbrennungskammer in einen Staubscheider 14 Üblicher Form, woselbst Ascheteilchen abgetrennt und durch eine Türe 1. abgezogen werden können. Das Gas entweicht durch das Steigrohr 16 zu einem Gaswäscher 17 gebräuchlicher Type und wird durch ein Rohr 18 an einen Gasbehälter 19 abgegeben.
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Druck von ungefähr 0-34 /f stand. Das entwickelte gasförmige Produkt bestand im Wesen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff mit einem Heizwert, der über 2700 kg Cal/m betrug.
Da annähernd der gesamte Kohlenstoff bzw. das gesamte, kohlenstoffhaltige Material in Kohlenmonoxyd umgewandelt und ein grosser Teil der Wärme dazu verwendet wird, die Zerlegung des Wasserdampfes durchzuführen, ist es klar, dass das beschriebene Verfahren sehr wirksam ist und wesentliche Ersparnisse in den je Volumseinheit von erzeugtem Gas notwendigen Mengen an Brennstoff und Wasserdampf erzielen lässt. Die Einfachheit und die Leichtigkeit des Betriebes der Vorrichtung ist ein weiterer wesentlicher Faktor für den wirtschaftlichen Wert der Erfindung.
Unter"kohlenstoffhaltigem Brennstoff"werden sowohl flüssige als auch feste Brennstoffe und unter dem Ausdruck Sauerstoff"nicht nur annähernd reiner Sauerstoff, sondern auch Gemische desselben mit andern Gasen verstanden, welche für die Verbrennung des Brennstoffes ausgenützt werden können und dabei zu einer Temperatur führen, bei welcher eine merkliche Bildung von Kohlensäure hintangehalten wird. Unter Wasserdampf wird sowohl gesättigter als auch überhitzter Dampf verstanden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Wassergas durch Reaktion eines zerstäubten festen oder flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffes mit annähernd stiekstoffreiem Sauerstoff und Wassersampf in einer erhitzten Reaktionskammer bei Anwesenheit eines Überschusses an Kohlenstoff bei der unvollkommenen Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion zwischen dem Kohlenstoff des zur Verbrennung gelangenden Teiles des Brennstoffes und dem Sauerstoff bei Temperaturen von 2000 C und mehr und nachher die Reaktion des restlichen Teiles des Brennstoffes mit Wasserdampf unter der sie begleitenden Temperaturherabsetzung zur Bildung eines praktisch nur Kohlenoxyd und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches durchgeführt wird.