<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur innigen Vermischung n sauerstoffangereicherter Luft mit Öl zwecks Herstellung eines dtgases Es ist bekannt, brennbares Gas durch unvoll- : ommene Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, nsbesondere von Öl, mit Hilfe von Luft oder Luft-Sauerstoff-Gemischen herzustellen. Zu liesem Zwecke wird das Öl in einem Zerstäuber ) ei inniger Vermischung mit der Luft bzw. dem Luft-Sauerstoff-Gemisch fein verteilt und die so
EMI1.1
jntervorfen.
Bei weitaus den meisten dieser bekannten VerFahren und Errichtungen bewegt sich sowohl das Öl als auch die Luft oder das Luft-SauerstoffGemisch in der Mischzone in der Achsrichtung des Zerstäubers, der entweder in den Reaktionsraum hineinragt oder sich direkt innerhalb desselben befindet. Auf diese Weise erfolgt keine sonderlich feine und gleichmässige Verteilung des Öles im Verbrennungsgas ; überdies erhitzt sich der Zerstäuber wegen der in seiner unmittelbaren Nähe auftretenden Flamme der Teilverbrennung erheblich, was zweifellos seine Lebensdauer abträglich beeinflusst.
In dem Bestreben, die gleichmässige Verteilung des Öles im Verbrennungsgas zu fördern, wird bei einem der bekannten Zerstäuber der zentral geführte und axial austretende Ölstrahl einer Vor-oder Feinzerstäubung durch einen Luftstrom unterworfen, der aus einem im Wesen senkrecht zu der Richtung des Ölstrahles verlaufenden ringförmigen Schlitz austritt. Erst im weiteren Verlauf des sich gerade weiter bewegenden Vorgemisches wird durch gegen das- selbe konvergierende Luftbtröme die endgultige Zerstäubung bewirkt. Die so gelieferte brennbare Mischung entzündet sich in unmittelbarer Nähe des Zerstäubers im Innern einer Verbrennungskammer.
Wenn auch mit einer derartigen Vorrichtung eine bessere Durchmischung von Brennstoff und
EMI1.2
Luft oder Luft-Sauerstoff-Gemisch erzielt werden konnte, genügte diese doch höheren Anforderungen bezüglich inniger und vollig homo- gener Durchmischung des flüssigen mit dem gasförmigen Mischungsbestandteil nicht, ganz abgesehen von der immerhin komplizierten Ausbildung des Zerstäubers mit einer Einrichtung zur Vor-und Hauptzerstäubung. Femer ist wegen der in unmittelbarer Nähe des Zerstäubers brennenden Flamme dieser einer Temperatur ausgesetzt, die eine Anwendung eines LuftSauerstoff-Gemisches an Stelle gewöhnlicher Luft nicht zulassen würde.
Diese Mängel sind gemäss der Erfindung im Wesen dadurch beseitigt, dass zur innigen Vermischung von sauerstoffangereicherter Luft mit Öl zwecks Herstellung eines Stadtgases durch teilweise Verbrennung des Öl-Luftgemisches in einem Reaktionsraum ausserhalb von diesem eine Anzahl von Ölstrahlen unter vorzugsweise rechtem Winkel in den umhüllenden Luft-
Sauerstoffstrom eingepresst werden, wobei dieser
Strom eine höhere Geschwindigkeit aufweist, als der jeweiligen Zündgeschwindigkeit entspricht.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung gelangt der Luft-Sauerstoffstrom in vorerhitztem
Zustand zur Anwendung, wobei zweckmässiger- weise die Vorerhitzung durch Zumischen erhitzter
Aussenluft zu kühlem Sauerstoff erfolgt.
EMI1.3
stoff und Luft, nämlich von 22 bis 60 Volumprozent an gesamtem freiem Sauerstoff im Gemisch.
Wenn auch ein Verbrennungsgas mit höherem Prozentsatz an freiem Sauerstoff für das Verfahren verwendet werden kann, ist dabei die Russbildung wahrscheinlicher als bei dem vorangegebenen Konzentrationsbereich.
Wird z. B. mit einem zerstäubten und mit
EMI1.4
gemischtem flüssigem Brennbtoff gearbeilet, liefert das Verfahren ein stabiles brennbares Gas nachfolgender Zusammensetzung, wenn 14'5 kg dieses flüssigen Brennstoffes auf 28'3 m3 erzeugten Gases zugeleitet werden :
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<tb>
<tb> Kohlensäure <SEP> CO2............... <SEP> 5#5 <SEP> Vol.-%
<tb> Leuchtstoffe <SEP> CnH2n <SEP> .................. <SEP> 8#1 <SEP>
<tb> Sauerstoff <SEP> O2 <SEP> ................. <SEP> 0#4 <SEP>
<tb> Kohlenmonoxvd <SEP> CO <SEP> 30-6" <SEP>
<tb> Wasserstoff <SEP> H.................... <SEP> 17-8 <SEP>
<tb> Methan <SEP> CH, <SEP> 19-2" <SEP>
<tb> Stickstoff <SEP> 18-4"
<tb> 100-0 <SEP> Vol.-%
<tb>
Bei Betrieb mit einem flüssigen Brennstoff, der zerstäubt und mit "Verbrennungsluft" (sauerstoffangereicherter Luft) von verschiedener Sauerstoffkonzentration im Gemisch gemischt wird, ergeben die erzeugten brennbaren Gase nachfolgende Analysenwerte :
EMI2.2
<tb>
<tb> Sauerstonprozente
<tb> im <SEP> Gemisch, <SEP> aus <SEP> dem
<tb> das <SEP> brennbare <SEP> Gas
<tb> erzeugt <SEP> wird <SEP> :
<tb> 87% <SEP> 56% <SEP> 38%
<tb> Kohlensäure <SEP> CO <SEP> 5-0 <SEP> 5-5 <SEP> 6-0
<tb> Leuchtstoffe <SEP> CnH2n........ <SEP> 6-2 <SEP> 8-1 <SEP> 12-8
<tb> Sauerstoff <SEP> O2 <SEP> ............... <SEP> 0#6 <SEP> 0#4 <SEP> 0#4
<tb> Kohlenmonoxyd <SEP> CO....... <SEP> 37-0 <SEP> 30-6 <SEP> 24-0
<tb> Wasserstoff <SEP> H2............. <SEP> 29#0 <SEP> 17#8 <SEP> 6-3
<tb> Methan <SEP> Chu <SEP> 18-2 <SEP> 19 <SEP> 2 <SEP> 13-0
<tb> Stickstoff <SEP> N2 <SEP> ................. <SEP> 4#0 <SEP> 18#4 <SEP> 37-5
<tb> 100-0 <SEP> 100-0 <SEP> 100-0
<tb>
kg kal. je m3 ge-
EMI2.3
<tb>
<tb> wonnenes <SEP> Gas <SEP> ..... <SEP> 4800 <SEP> 4800 <SEP> 4800
<tb> Ö <SEP> ! <SEP> (brcinstoif) <SEP> auf
<tb> 28#3 <SEP> m3 <SEP> Gas <SEP> ..... <SEP> 14#5 <SEP> 14#5 <SEP> 14#5
<tb> Spezifisches <SEP> Gewicht
<tb> des <SEP> Gases........
<SEP> 0-72 <SEP> 0-79 <SEP> 0-95
<tb> m3 <SEP> Sauerstoff <SEP> auf
<tb> 28-3 <SEP> m3 <SEP> Gas...... <SEP> 7-23 <SEP> 5-27 <SEP> 3-69
<tb> m3 <SEP> Luft <SEP> auf <SEP> 28-3 <SEP> m3 <SEP> Gas <SEP> 1-4 <SEP> 6-64 <SEP> 13-5
<tb>
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung und Verkörperung der Erfindung als Beispiel dargestellt, u. zw. zeigt :
Fig. 1 eine Anlage mit ihren Einzelteilen oder Teilen für den Betrieb zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Ebene 2-2 der Fig. 1 durch die Reaktionskammer oder Vergasungszone eines Gasgenerators, Fig. 3 eine Darstellung in grösserem Massstabe der Mischvorrichtung oder des Brenners zum Zerstäuben und Mischen flüssiger Kohlenwasserstoffe mit der sauerstoffangereicherten Luft oder dem Verbrennungsgas, Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch die Mischvorrichtung nach der Linie 4-4 der Fig. 3 und Fig. 5 eine Endansicht derselben.
EMI2.4
blech, eine feuerfeste Innenauskleidung 3 und einen wärmeisolierenden Teil 4 etwa aus Sil-0- Cel"-Ziegel, Asbest oder sonstigem Isoliermaterial.
Im oberen Teil der Reaktionskammer oder der Vergasungszone 5 ist ein Wärmeleitelement zum Messen und Überwachen der vorbestimmten Reaktionstemperatur vermittels Pyrometer 6 a und Steuereinrichtung 6 d vorgesehen, die selbsttätig ein Brennstoffventil 13 betätigt. Die Reaktionskammer ist mit einem Kanal 7 mit Ventil 8 versehen, durch den eine Lunte od. dgl. zur Anfangszündung eingeführt werden kann. Ausserdem ist diese Kammer mit einem feuerfest ausgekleideten Kanal 16 ausgestattet, in welchem die Mischvorrichtung oder der Brenner 15 zur Einführung des Gemisches aus brennbaren Kohlenwasserstoffen und sauerstoffangereicherter Luft in die genannte Kammer untergebracht ist. Ein Schauloch mit Abschluss 8 a zur Überwachung des Anheizvorganges in der Kas er ist in derem oberen Teil angeordnet.
Die Goserzeugeranlage besitzt eine Ölansaugleitung 9, eine Ölpumpe 10 zur Förderung des Brennstoffes über das Reglerventil 13 in die Mischkammer oder den Brenner 15, in welch letzterem der Bre'rstff zentäubt und mit der aus Leitung 2 mmenden Verbrennungsluft vor Eintritt ip aen Kanal 16 und die Reaktions- kammr geduscht wird.
Luft wird dem Gaserzeuger vermittels der Luftpumpe 17 über die mit Druckregelventil 19 versehene Leitung 18, den Strömungsmesser 20 und Steuerventil 21 zugeführt, welch letzteres das gewünschte Luftvolumen über Leitung 22 an die Eintrittsöffnung eines Wärmeaustauschermantels 23 (dieser hat eine kontinuierliche schraubenförmige Prallwand oder Rippe 23 a) abgibt, in welchem die Luft durch die aus der Reaktionskammer durch Leitung 34 abziehenden heissen Gase vorgewärmt wird.
Die abziehende heisse Luft gelangt vom Wärmeaustauscher durch Leitung 24 zu einer Mischzone 24 a, zu der Sauerstoff von der Druckförderleitung 26 geführt wird. Der Sauerstoff wird durch einen Regler 27 auf konstantem Abströmdruck gehalten und in vorbestimmter Menge dem Strömungsmesser 29 zugefühn, von wo er durch Ventil 30 und Leitung 31 zur Zone 24 a gelangt, woselbst sein Mischen mit der vorgewärmten heissen Luft aus Leitung 24 erfolgt.
Die entstandene sauerstoffangereicherte Luft strömt durch die Leitung 25 in das Aussengehäuse 15 m der Mischvorrichtung oder des Brenners 15 und von dort mit hoher Geschwindigkeit durch den ringförmigen Auslass 15 d ab, der sich innerhalb einer ringförmig gestalteten Brennerkappe 15 c und eines kolbenartig gestalteten Gliedes 15 b befindet, welch letzteres axial zur Brennerkappe angeordnet ist. Das durch die Leitung 14 dem Brenner 15 zugeführte
EMI2.5
bohrungen 15 e münden unmittelbar in die Bahn der sauerstoffangereicherten und mit hoher Geschwindigkeit durch die Brenneraustritts- öffnung 15 d abströmenden Luft.
Auf diese Weise wird eine sehr wirksame Zerstäubung und eine
EMI2.6
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
rohrförmiges Glied 16 a mit einer Austritts- öffnung 16 geleitet, mittels welcher dieses Glied 16 a in die Reaktionskammer oder die Vergasungszone 5 einmündet. Die in letzterer entstehenden heissen Gase ziehen durch den Abzug 32 und das Rohr 33 zum Wärmeaustauscherrohr 34, woselbst sie einen Teil ihrer Wärme an die dessen Mantel 23 durchströmende Luft abgeben. Die teilweise abgekühlten Gase fliessen vom Rohr 34 zum Fallrohr 35 und durch das mit Wasserverschluss versehene Tauchrohr 36 zur Kühlvorrichtung 35.
Zum Kühlen der Gase auf Raumtemperatur wird durch Leitung 41 mit Steuerventil 42 Wasser unter Druck zugeleitet, der sich am
Zeigermanometer 43 ablesen lässt. Das Wasser fliesst durch die Leitung 44 zu Spritzdüsen 45, welche im Fallrohr 35 und im Kühler angeordnet sind. Dieses Fallrohr 35 ist mit einem Gas- reinigungsanschluss 46 mit Abschlussorgan 47 und einer Abzugsleitung 48 versehen, um die
Verbrennungsgase während der Anheizperiode der Vorrichtung abzuziehen. Das verbrauchte
Kühlwasser, das durch die Spritzdüsen 45 zur
Kammer 37 fliesst, wird dort durch einen Niveau- regler 49 auf bestimmter Höhe gehalten und zieht durch den Abzug 50 zu einem wasserabgeschlossenen Schacht 51 mit Abzugsrohr 52 zu einem Scheider ab.
Der bei der Anlage nach Fig. 1 verwendete Mischer oder Brenner 15 ist in seinen Einzelheiten in den Fig. 3-5 dargestellt und besteht aus einem hohlen Brennerkörper 15 m, durch welchen das Verbrennungsgas, die sauerstoffangereicherte Luft, zur Mündungsöffnung 15 d strömt. Ein Öloder Brennstoffrohr 15 a, das mit dem Brennerkörper verbunden ist und sich bis zu dessen Mündung 15 d erstreckt, ist mit einem lösbar befestigten Endstück 15 b mit Bohrungen 15 e ausgestattet, durch welche der Brennstoff unter rechtem Winkel zur Strömungsrichtung des
Brennstoffes im Rohr 15 a und auch unter rechtem
Winkel zur Strömungsrichtung der Verbrennung- luft austritt, welche entlang dieses Endstückes strömt.
Die Brennstoffstrahlen, die aus den
Bohrungen 15 austreten, kommen unmittelbar mit dem mit grosser Geschwindigkeit streichenden
Strom des Verbrennungsgases in Kontakt und werden sofort zerstäubt und mit dem Gasstrom gemischt, der in gleicher Richtung durch ein rohrförmiges, feuerfestes Glied weiterströmt, welches den in die Reaktionskammer 5 mündenden
Kanal 16 bildet. Das von der Mischvorrichtung abströmende und in die Reaktionskammer ein- tretende Gemisch wird infolge der in dieser
Kammer herrschenden Temperatur entflammt und es entsteht eine teilweise Verbrennung und ein Kracken des Brennstoffes in stabile brennbare
Gase.
Hervorgehoben wird, dass die Geschwindig- keit des Stromes der brennbaren Mischung an der Brennerdusenmündung grosser ist als die
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme für dieses brennbare Gemisch und in der Grössen- ordnung von 90 bis 240 m/sek. liegt, u. zw. je 6 nach dem Sauerstoffgehalt in dem zur Vergasung bestimmten Gemisch. Diese hohe Geschwindigkeit ruft einen hohen Grad an Zerstäubung und Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft hervor und verhindert ausserdem, dass die Verbrennung an der Brennerdüse oder Teilen derselben vor sich geht, so dass hiedurch diese Teile gegen Verbrennung oder Schmelzen geschützt sind.
In Fig. 4 ist ein vertikaler Schnitt des Brenners 15 nach der I 4 4 der Fig. 3 dargestellt. Dieser Schnitt zeigt die Lage der vier metallischen Rippen 15f, die am Brennerrohr 15 a zur Festhaltung derselben sowie seines Endstückes 15b in zentraler Lage u\ der Brenuennündung 5 dienen. Diese Rippen 15 f sind am Brennerrohr angeschweisst und an die iiinenwandmg des Brennerkör ers an, so dass das Brennerrohr durch Lösung der Flanschen 15 zwecks zeit- weiser Überprüfung und Reinigung auch heraus- genommen werden kann. Es ist klar, dass das
Endstück 15 b in der Düse 15c durch sein :
Gewindeverbindung mit dem Brennerrohr in seiner richtigen Stellung eingestellt werden kann.
Um den Generator für den Gaserzeugungs- betrieb vorzubereiten, wird der Luftdruck- regler 19 auf den richtigen Druck eingestellt, desgleichen der Brennstoffpumpenregler 10 a auf seinen entsprechenden Druck. Der Motor 1 7a zum Antrieb der Brennstoff-und der Luft- pumpe 10 bzw. 17 wird angelassen, Wasser unter dem geeigneten Druck, der am Manometer 43 ersichtlich ist, den Spritzdüsen 45 für das Fall- rohr 35 und den Kühler durch Öffnen des
Ventiles 42 zugeführt. Das Reinigungs-oder
Abzugsventil 47 wird geöffnet, um die Ver- brennungsgase während der Anheizperiode aus der Reaktionskammer 5 abzuziehen.
Der Zünd- kanal 8 wird geöffnet und eine Lunte in die
Reaktionskammer eingeführt, sodann wird durch Öffnen des Ventiles 21 auf eine vorbestimmte, am Strömungsmesser 20 ersichtliche Strömungs- geschwindigkeit Luft von der Pumpe 17 der
Verbrennungskammer durch den Brenner 15 hindurch zugeführt, desgleichen auch Brennstoff zum Brenner 15 durch Öffnen des Zeiger- handventiles 14 a auf eine bestimmte Zeiger- stellung dieses Ventiles.
(Die Ventile 12 und 13 sind während der Anheizperiode geschlossen).
Der Brennstoff strömt durch das Rohr 15a des
Brenners und das Endstück 15 b zu den Aus- tritts bohrungen 15 e, wo die Brennstoffstrahlen austreten und mit dem mit hoher Geschwindigkeit ziehenden Strom von Luft oder Verbrennungsgas in Kontakt kommen, der durch die Leitung 25 und durch den Brenner zugefördert wird ; dabei entsteht eine Zerstäubung und Mischung des
Brennstoffes mit dem Verbrennungsgas. Das entstandene Gemisch bläst durch den Kanal/ in die Reaktionskammer 5 ein, woselbst es durct die Lunte entzündet wird und unter Erhitzung der Reaktionskammer mehr oder weniger voll ständig verbrennt.
Der Anheizvorgang wirc
<Desc/Clms Page number 4>
fortgesetzt und die Lunte entfernt, wenn die Temperatur der Kammer etwa 316 C erreicht, worauf das Ventil 8 a geschlossen wird. Das Erhitzen wird sodann fortgesetzt, bis die Temperatur in der Kammer etwa 816 C beträgt, in welchem Falle der Gasgenerator für die Erzeugung des Gases bereit ist.
Bei einer Temperatur von ungefähr 816 - C in der Reaktionskammer kann die Gaserzeugung beginnen. Das Kontrollpyrometer 6 a wird zur Überwachung und Aufrechterhaltung der Kammertemperatur auf 816 C C vermittels des Wärmeleitelementes 6 und der Leitungsdrähte 6 b in Funktion gesetzt. Drähte 6 c führen zu emem reversiblen Motor im Mechanismus 6 d und betätigen Hebel 6 e, die an das Brennstoffsleuer- ventil 13 angeschlossen sind.
Wenn die Tem- peratur in der Kammer etwas unter die Einstellung des Pyrometers (816 C) fällt, rufen die Kontakte des Pyrometers eine Funktion des Motors 611 zur Betätigung des Hebelmechanismus 6 e hervor und bewirken eine schwache
Schliessbewegung des Brennstoffventiles 13, wo- durch der Brennstoffzufluss zum Brenner 15 und zur Kammer 5 verringert wird. Anderseits wird bei Ansteigen der Kammertemperatur über die gewünschte Höhe die Pyrometersteuervor- richtung selbsttätig ein geringes Öffnen des
Ventiles 13 hervorbringen. Wenn die Tem-
EMI4.1
hervor ; es bleibt daher die Stellung des Ventiles 13 solange ungeändert, als nicht die Kammertemperatur von der Einstellung nach auf-oder abwärts schwankt.
Die Gaserzeugung folgt unmittelbar der vorerwähnten Aufheizung, u. zw. wird sie in folgender Weise durchgeführt : Das Brennstoff'abschluss- ventil 12 wird weit geöffnet (Ventil 13 ist bereits offen und auf die vorbestimmte Einstellung gebracht), das Zeigerbrennstoffventil 14 a geschlossen, das Luftsteuerventil 21 so eingestellt, dass am Strömungsmesser 20 die gewünschte Stromungsgeschwindigkeit erreicht wird. Das Sauerstoffventil 30 wird allmählich geöffnet, bis im Sauerstoffströmungsmesser 29 die gewünschte vorbestimmte Geschwindigkeit herrscht und auf diese Weise die sauerstoffangereicherte Luft für das Verfahren vorbereitet.
Luft und
Sauerstoff werden bei 24 a auf ihrem Wege zum
Brenner 15 gemischt, woselbst sich diese sauerstoffangereicherte Luft mit dem von dem End- ghcd 15 b durch die Bohrungen 15 e austretenden
Brennstoff unter Zerstäubung des letzteren mischt.
Das entstandene brennbare Gemisch aus Brenn- stoff und sauerstoffangereicherter Luft strömt von der Brennerdüse mit einer höheren Geschwindig- keit ab als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der
Flamme beträgt und dieses brennbare Gemisch blast weiter durch den Kanal 16 in die Reaktions- kammer 5 ab, durch deren Temperatur die
Zündung erfolgt, wodurch eine teilweise Ver- brennung und ein Kracken des Brennstoffes in stabile brennbare Gase als Ergbenis der Teilverbrennung und der dadurch entwickelten Hitze ohne weitere Zuführung von Aussenwärme vor sich geht.
Das Reinigungsventil 47 wird nun geschlossen, wodurch die entstandenen brennbaren Gase gezwungen werden, aus der Kammer 5 durch den Abzug 32 zum Wärmeaustauscherrohr 34 zu strömen, woselbst sie einen Teil ihrer Wärme an die zutretende und für das Verfahren verwendete Luft abgeben, welche durch den Wärmeaustauschermantel 23 strömt. Die verbrennbaren Gase streichen vom Wärmeaus- tausch er ; ; Fallrohr 35 und kommen mit dem ersten Spritzwasser (bei 45) in Kontakt.
Dann passieren sie das Tauchrohr 36, den Wasserver-
EMI4.2
gitter des Kühl : rb in Kontakt kommen und abgekühlt werden, bevor sie durch das Abzugsrohr abziehen, das zu den üblichen Wasch-und Entteervorrichtungen, wie beispielsweise elektrischen Ausfällern, Skrubbem zur Abscheidung von Kondensaten und Verunreinigungen führt. Das gewonnene Gas ist dann für Speicherung oder Verbrauch als Stadtgas fertig.
Selbstverständlich können an Stelle des Öles auch gasförmige Kohlenwasserstoffe zur Herstellung eines Stadtgases verwendet werden, wobei das Verfahren und die beschriebene Vorrichtung im Wesen unverändert bleiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur innigen Vermischung von sauerstoffangereicherter Luft mit Öl zwecks Herstellung eines Stadtgases durch teilweise
Verbrennung des Öl-Luftgemisches in einem Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb von letzterem eine Anzahl von Öl- strahlen unter vorzugsweise rechtem Winkel in den umhüllenden Luft-Sauerstoffstrom eingepresst werden, wobei dieser Strom eine höhere Ge-
EMI4.3
geschwindigkeit entspricht.