AT86717B

AT86717B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff.

Info

Publication number: AT86717B
Authority: AT
Inventors: Anton Dr Messerschmitt
Original assignee: Anton Dr Messerschmitt
Priority date: 1913-08-01
Filing date: 1913-08-01
Publication date: 1921-12-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff.

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Wasserstoff nach den sogenannten Eisenkontaktverfahren, bei welchen abwechselnd Wasserdampf über erhitzte eisenhaltige Kontaktmassen, z. B. Eisenoxyde, Eisenerze, Manganeisenerze, Eisenoxydbriketts o. dgl., geleitet und dann wieder das Eisenoxyd durch Überleiten von Reduktionsgasen reduziert wird, vorzugsweise auf solchen Verfahren, bei welchen die in Schächten aufgeschichtet Kontaktmasse durch heizschwaches Gas direkt beheizt und hochwertiges Gas zur Reduktion der Kontaktmasse verwendet wird.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei der Heizphase heizschwaches Generatorgas oder heizschwaches oder heizschwach gemachtes Wassergas und bei der Reduktionsphase hochwertiges Wassergas oder Dawsongas in den Zersetzer eingeleitet wird.

Durch diese Arbeitsweise wird eine erhebliche Abkürzung der Reduktionsperiode in Verbindung mit dem Vorteil erzielt, dass schädliche Überhitzungen an der Eingangsstelle der Gase und das damit verbundene, den Gasdurchgang erschwerende oder verhindernde Zusammenbacken oder Zusammenschmelzen der Kontaktmasse vermieden wird.

Die Erfindung lässt sich auf verschiedene Weise verwirklichen.

Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen, welche zur Verwirklichung der Erfindung dienen können. Selbstverständlich ist aber das Anwendungsgebiet des Haupterfindungsgedankens nicht auf diese Vorrichtungen beschränkt.

Fig. i veranschaulicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei welcher die Kontaktmasse direkt beheizt wird, in schematischer Darstellung.

Bei dieser Einrichtung ist ein Gasgenerator von bekannter Bauart 1 durch eine mit einem Schieber 2 versehene Leitung 3 mit dem Wasserstoffgenerator 4 verbunden. Der Gasgenerator 1 besitzt in bekannter Weise eine mit Schieber 5 versehene Windleitung 6 und eine mit einem Regulierhahn 7 ausgerüstete Dampfleitung 8.

Der Oberteil des Wasserstoffgenerators 4 besitzt eine mit Schieber 9 versehene Wind-
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bunden ist.

Bei Benutzung der in Fig. i veranschaulichten Apparatur verfährt man beispielsweise wie folgt :
Man erzeugt in der Heizphase im Gasgenerator 1 heizschwaches Generatorgas und leitet dasselbe zwecks direkter Beheizung der Kontaktmasse durch die Leitung 3 in den Wasserstoffgenerator 4 ein, wobei Wind zugeführt wird. Die Heizgase strömen von oben nach unten gehend., durch das Reaktionsgut und dann durch Leitung 13 in den Überhitzer 15.

In der darauffolgenden Reduktionsphase wird im Gasgenerator 1 durch Einblasen von Dampf hochwertiges, stark kohlenoxyd-und wasserstoffhaltiges Wassergas oder Dawsongas erzeugt, welches, den gleichen Weg nehmend, die Eisenmasse im Wasserstoffgenerator 4- reduziert und im Überhitzer 15 durch Zuführung von Wind verbrannt werden kann.

In der nunmehr folgenden Oxydationsphase wird der Gasgenerator durch Schliessen des Schiebers 2 ausgeschaltet und durch Leitung 16 Dampf in den Überhitzer 15 eingeleitet. Von hier strömt der Dampf in überhitztem Zustand durch Leitung 13 und durch den Wasserstoffgenerator 4. Der sich entbindende Wasserstoff geht durch Leitung 12 nach dem Tauchtopf 11, von wo aus derselbe in bekannter Weise abgeleitet wird.

Die Wasserstoffbereitung unter Benutzung von Apparaturen nach Fig. I bietet den Vorteil. dass infolge Verwendung geringwertigen Gases zur Heizung scharfe Stichflammen und starke Überhitzungen, wie solche bei Verwendung hochwertiger Heizgase in Erscheinung treten, ausgeschlossen sind, so dass das überaus schädliche Schmelzen und Zusammenbacken der Kontaktmasse vermieden wird. Besondere Gasbehälter sowie die zugehörigen Leitungen und Schieber kommen in Wegfall. Die bei der Erzeugung von Generatorgas im Generator aufgespeicherte Wärme wird in bester Weise zur Gewinnung von hochwertigem Wassergas oder Dawsongas ausgenutzt, welch letzteres wieder eine sehr schnelle und durchgreifende Reduktion der Kontaktmasse gewährleistet. Die Eigenwärme der Gase kann in bester Weise ausgenutzt werden.

Es ändert jedoch nichts an dem Wesen des Verfahrens, wenn man das im Gasgenerator erzeugte Gas zunächst reinigt und dasselbe dann wieder überhitzt. Da hochwertige Gase zur Reduktion verwendet werden, so sind die Abgase der Reduktion immer noch heizkräftig genug, um zur Beheizung der Eisenkontaktmasse ausgenutzt werden zu können.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Apparatur, bei welcher die Erfindung dadurch verwirklicht wird, dass zwei oder mehrere Zersetzer derart kombiniert sind, dass jeweils der Inhalt des einen Zersetzers mit hochwertigem Reduktionsgas reduziert und gleichzeitig der Inhalt des zweiten Zersetzers mit dem aus dem ersten Zersetzer abgehenden heizschwachen Reduktions- abgas beheizt wird.

Der schachtförmig ausgebildete Zersetzer 31 steht durch einen Kanal 32 mit einem zweiten
Zersetzer 33 in Verbindung. Die Zersetzer sind in bekannter Weise mit einer Anzahl Füll- öffnungen 34 und Entleerungstüren 35 ausgerüstet.

Durch Öffnen von Ventil 36 leitet man aus der Gasleitung 37 hochwertiges Reduktionsgas in den Schacht 31. Dasselbe wirkt reduzierend auf die Eisenkontaktmasse des Zersetzers 31 ein und entweicht durch Öffnung 38 in den Kanal 32 und durchströmt denselben im Sinn. :- der
Pfeilrichtung. Durch Luftleitung 39 wird so viel Luft in den Kanal 32 eingeblasen, als zur voll- ständigen Verbrennung der Reduktionsabgase nötig ist. Das hierdurch gewonnene Gasluft- gemisch strömt im Sinne der Pfeilrichtung du ; oh die Öffnung 40 in den Zersetzer 33 und durch- strömt denselben unter Beheizung der Kontaktmasse von oben nach unten. Die Abgase der
Verbrennung gehen durch Schieber 41 in den Schornstein 42.

Es wird also die Kontaktmasse des Zersetzers 31 mit hochwertigen Reduktionsgasen reduziert, während gleichzeitig die Kontaktmasse des Zersetzers 33 mit heizschwachen Gasen, und zwar in diesem Falle mit den heizschwachen, jedoch noch genügend brennbare Gase ent- haltenden Abgasen der Reduktion beheizt wird.

Hierauf leitet man durch Dampfleitung 43 Wasserdampf in den Unterteil des Zersetzers 33 ein. Der Dampf durchströmt die glühende Kontaktmasse des Zersetzers 33, wobei er stark über- hitzt wird, geht dann durch Kanal 32 in den Oberteil des Zersetzers 31 und durchströmt die dort befindliche, bei dem vorhergehenden Arbeitsgang reduzierte Eisenmasse von oben nach unten.

Hierbei wird der Dampf in bekannter Weise unter Entbindung von Wasserstoff zersetzt, welch letzterer durch Schieber 44 und Rohrleitung 45 bei geschlossener KaminkJappe 46 in die Wasser- stoffvor-lage 47 abgeleitet wird.

Hierauf werden die vorstehend beschriebenen Vorgänge im umgekehrten Sinne wiederholt, also derart, dass zuerst der Inhalt des Zersetzers 33 durch Einleiten von Reduktionsgas durch Leitung 48 reduziert und mit den heizschwachen Abgasen der Reduktion die Kontaktmasse der Zersetzers 31 beheizt wird. Alsdann wird Wasserdampf durch Durchleiten durch Zersetzer 31 überhitzt und dann zwecks Entbindung von Wasserstoff durch Zersetzer 33 geleitet.

Zum Zwecke der Anheizung sowie um die Einlegung besonderer Heizphasen im Bedarfs- falle zu ermöglichen, kann man eine besondere, in der Zeichnung durch die Windleitung 39 ver-
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befindlichen Kontaktmassen von oben nach unten, die Heizabgase gehen durch Schornsteine 42 ab.
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gemacht wird. Selbstverständlich wird auch hierbei der wichtige Vorteil erzielt, dass durch die
Beheizung der Kontaktmasse mit heizschwachem Gas eine längere Wirksamkeit und grössere
Lebensdauer derselben gewährleistet ist, da die auf Überhitzung beruhenden Schädigungen ausgeschlossen sind.

Während bei Benutzung gewöhnlicher Heizgase die in denselben enthaltenen Staubteile und Schwefelverbindungen auf der Kontaktmasse abgelagert werden, wodurch Eisensilikate und Schwefeleisen gebildet wird, werden bei vorliegendem Verfahren die zur Beheizung benutzten Abgase im Reduktionsschacht gewissermassen nitriert, so dass dieselben frei von Kieselsäure und Schwefelverbindung zur Verbrennung kommen.

Schliesslich wird noch der Vorteil erzielt, dass bei Benutzung des aufgeheizten Schachtes zur Überhitzung des Wasserdampfes noch beträchtliche Mengen von Wasserstoff, welche in diesem Schacht infolge des grossen hindurchgehenden Dampfüberschusses entbunden werden, gewonnen werden.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung soll an Hand der in Fig. 4 veranschaulichten Vorrichtung beschrieben werden. Dieselbe beruht auf dem alten Vorschlag von
Giffard, Wasserstoff durch abwechselnd Oxydation und Reduktion von Eisenerzklumpen in einem Schachtofen darzustellen. Dieser längst bekannte Vorschlag wird gemäss vorliegender Erfindung derart ausgebildet, dass die einzelnen Zonen des mit einer geeigneten, Eisen-oder besser noch Manganeisenerz-Kontaktmasse beschickten Schachtofens nacheinander reduziert und geheizt werden, derart, dass die Abgase der tieferliegenden Zone jeweils in der höheren Zone durch Zuführung von Wind verbrannt werden.

Der in Fig. 4 veranschaulichte Schachtofen 51 ist mit ringförmigen Kanälen 52 versehen, in welche eine Anzahl von Düsenreihen in verschiedenen Höhen, z. B. bei a, b, c, und d münden.

Die Leitung 53 dient für die Zuleitung von Gas, während die Leitung 54 als Windleitung ausgebildet ist. Seitliche Türen 55 dienen zur Beschickung und Entleerung. Der obere Teil des
Schachtes ist mit Gitterwerk 56 für die Vorwärmung von Reduktionsgas und Dampf ausgerüstet.

Selbstverständlich kann im unteren Schachtteil die gleiche Anordnung getroffen werden.

Zweckmässig ist die Apparatur so ausgebildet, dass Dampf und reduzierende Gase von entgegengesetzten Seiten eingeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel erfolgt die Dampf- zufuhr durch Leitung 57. Für die Ableitung des Wasserstoffes in den Taucher M ist eine Leitung 59 vorgesehen, die Abgase entweichen bei 60.

Bei Benutzung der in Fig. 4 veranschaulichten Vorrichtung verfährt man beispielsweise wie folgt :
Nachdem man durch Öffnen der Düsen a, b, t, d den ganzen Schacht genügend aufgeheizt hat, werden alle Düsen geschlossen. Hierauf wird bei a hochwertiges Reduktionsgas, z. B. Wassergas, eingelassen, welches unter Reduktion der Kontaktmasse nach oben strömt. Durch Zuführung von Wind werden die Abgase der Reduktion im oberen Schachtteil verbrannt, so dass also unten mit hochwertigem Gas reduziert und gleichzeitig oben mit dem heizschwachen Abgas der Reduktion beheizt wird.

In systematischer Durchführung dieses Verfahrens öffnet man z. B. zunächst die Heizdüsen a und b. Nach erfolgter Heizung der Kontaktmasse stellt man die Heizgase ab und leitet hochwertiges Reduktionsgas bei a ein, während man nunmehr die Winddüsen c und d öffnet.

Nach einiger Zeit wird die Düse c wieder geschlossen und schliesslich auch die Düse d. Nachdem auf diese Weise der gesamte Schachtinhalt sukzessive reduziert worden ist, wird durch Leitung 57 bei geschlossener Klappe 60 Dampf eingeleitet. Dieser wird in dem Gitterwerk 56 überhitzt und strömt dann von oben nach unten durch die Kontaktmasse unter Entbindung von Wasserdampf, welches durch Leitung 59 in die Vorlage 58 abgeht.

Die Einleitung von Gas und Wind in die Kanäle 52 erfolgt auch hier in tangentialer Richtung. Selbstverständlich kann man auch hier das für die anfängliche Aufheizung oder für die Einlegung besonderer Heizphasen erforderliche Gasluftgemisch in vorgelagerten Kammern ausser Berührung mit der Kontaktmasse erzeugen.

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Claims

Die Kontaktmasse kann unter Vermeidung von Unterstützungsrosten, welche sich leicht verstopfen und den Gasen den Weg versperren sowie auch schwer standhalten, mit natürlicher Böschung einfach aufgeschichtet und durch die hocherhitzten Gase direkt beheizt werden, PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch abwechselnde Oxydation und Reduktion von eisenhaltigen Kontaktmassen, bei dem die in Schächten aufgeschichtete Kontaktmasse direkt beheizt und hochwertiges-Gas zur Reduktion der Eisenkontaktmasse verwendet wird. während zur Beheizung der Eisenkontaktmasse heizschwaches Gas benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Heizphase heizschwaches Generatorgas oder heizschwaches oder heizschwach gemachtes Wassergas und bei der Reduktionsphase hochwertiges Wassergas oder Dawsongas in den Zersetzer eingeleitet wird.

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2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Beheizung der Kontaktmasse durch das heizschwache Abgas des Reduktionsprozesses erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgas ausser Berührung mit der damit zu beheizenden Kontaktmasse mit der zur Verbrennung erforderlichen Luftmenge gemischt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch das taktmässige Zusammenarbeiten eines mit einem Wasserstofferzeuger absperrbar verbundenen Gaserzeugers, derart, dass der Gaserzeuger während der Heizperiode heizschwaches Generatorgas, während der Reduktionsperiode Wassergas oder Dawsongas liefert, während bei der Oxydationsperiode die Verbindung zwischen beiden Generatoren gesperrt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Beheizung der Kontaktmasse mit heizschwachem Generatorgas und mit den heizschwachen Abgasen der Reduktion bewirkt wird.

6. Ein mit einem Wasserstofferzeuger absperrbar verbundener Gasgenerator zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 und 5.

7. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass hochwertiges Reduktionsgas durch die Kontaktmasse eines Zersetzers oder mehrerer Zersetzer geleitet wird, worauf die Abgase der Reduktion zum Zwecke der Beheizung unter entsprechender Windzuführung durch die Kontaktmasse eines zweiten mit dem. ersten in Verbindung stehenden Zersetzers oder mehrerer derselben geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf zum Zwecke der Überhitzung zuerst durch den nach Massgabe des Anspruches 7 beheizten Zersetzer geleitet wird, worauf derselbe im überhitzten Zustand die vorher reduzierte Kontaktmasse des zweiten Zersetzers durchströmt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsgase abwechselnd in verschiedener Richtung durch die mit einander verbundenen Zersetzer geleitet werden.

10. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere mit Kontaktmasse beschickte Zersetzer durch mit Luft- zuführungen ausgerüstete Kanäle miteinander in Verbindung stehen.

II. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Generatorschächten Misch-und Verbrennungskammern vorgelagert sind, welche zweckmässig durch zentral angeordnete Öffnungen mit den Generatorschächten kommunizieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle tangential in die Verbrennungskammern münden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zonen der Kontaktmasse in einem und demselben Zersetzer nacheinander reduziert und beheizt werdens derart, dass jeweils die von der Reduktion der tieferliegenden Zone kommenden Reduktionsabgase durch Zuführung von Wind in den höheren Zonen verbrannt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Windzufuhr zu den von den unteren Zonen kommenden Reduktionsabgasen so geregelt wird, dass in den oberen Zonen mit sogenannter reduzierender Flamme beheizt wird. i. Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mit feuerfester Auskleidung versehenen Öfenwände mit ringförmigen, in verschiedenen Höhen des Schachtes angeordneten Heizkanälen versehen sind, in welche Gas-und Winddüsen münden, die zweckmässig derart angeordnet sind, dass die Einführung der Gase in den Zersetzer tangential erfolgt.