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Schachtgenerator für die Herstellung von Wasserstoff.
Für die Herstellung von Wasserstoff durch abwechselnde Oxydation und Reduktion von Eisen sind sogenannte Retortenöfen mit eisernen Retorten bekannt.
Es hat sich aber herausgestellt, dass die Que ! schnitte dieser das Reaktionsmaterial enthaltenden Retorten mit Rücksicht auf die für die gleichmässige Durchführung des Verfahrens erforderliche Wärmeübertragung nur sehr beschränkte Abmessungen aufweisen dürfen.
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Anzahl (vorzugsweise 10 bis 20) Retorten erforderlich. Infolge des überaus starken Verschleisses der Eisenretorten sind aber fortgesetzte Reparaturen und Auswechslungen derselben nötig, wodurch andauernde Betriebsstörungen und hohe Kosten bedingt werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Retortenöfen liegt darin, dass sämtliche Retorten Gaszuleitungen,
Gasableitungen, Dampfzuleitungen, Beschickungs- und Entleerungsöffnungen haben müssen, wodurch die Armatur sehr kompliziert und teuer wird, während die Reparatur-und Auswechslungsarbeiten erschwert werden.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Kammerofen für die Wasserstoffbereitung nach dem sogenannten Kontaktverfahren. Dieser Ofen ist an Stelle der bekannten Retorten mit Kammern ausgerüstet, welche so betrieben werden können, dass die Leistung einer einzigen Kammer der Leistung, eines ganzen Retortenofens nach den bisherigen Systemen entspricht.
Diese Wirkung wird erreicht durch kombinierte Aussen-und Innenbeheizung der Kammer,
Durch die Innenbeheizung werden auch den sonst kalt bleibenden, von den Eisenwandungen der Kammer entfernten Partien die zur Durchführung der Reaktion nötigen Wärmemengen zugeführt, so dass im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ein sehr grosser Kammerquerschnitt gewählt werden und somit in einer einzigen Kammer eine sehr grosse Wasserstoffausbeute erzielt werden kann. Durch die kombinierte Innen-und Aussenbeheizung ist ferner ein sehr rasches Aufheizen des Reaktionsmaterials möglich.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Kammerofens.
Fig. i ist ein Längsschnitt,
Fig. 2 eine Draufsicht.
Der Kammerofen besteht aus einem Heizraum 1, welcher einerseits mit dem Oberteil eines vorgelegten Koksgenerators 2 und andrerseits mit dem Kamin 3 in Verbindung steht.
In dem Ofenraum 1 ist ein Schacht 4 derart angeordnet, dass sich derselbe durch die untere Wandung des Ofens 1 erstreckt. Unterhalb des Ofens 1 ist ein zweckmässig runder Heizraum 5 vorgesehen, gegen welchen der Unterteil des Schachtes 4 bei 6 abgedichtet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist an der Verbindungsstelle des Schachtes 4 mit der Heizkammer 5 ein zweckmässig aus Eisen bestehender ringförmiger Einsatz 7 vorgesehen, welcher wieder von einer feuerfesten Umschalung 8 umgeben ist.
Diese Anordnung hat den Zweck, die Verbindungsstelle von Schacht und unterer Heizkammer vor zu hohen Temperaturen zu schützen und gleichzeitig durch Zerlegung der Kammer in zwei Teile ein leichtes Auswechseln des Schachtes 4 zu gewährleisten.
Der mit der Beschickungsöffnung 15 ausgerüstete Oberteil des Schachtes 4 steht durch die mit Ventil 9 versehene Rohrleitung 10, 11 mit dem Oberteil eines Koksgenerators 2 in Verbindung, welch letzterer noch eine Luftzuleitung 12 besitzt.
In die Rohrleitung 10 mündet die mit Ventil 13 ausgerüstete Dampfzuleitung 14.
In dem unteren Heizraum 5 ist gegenüber der unten offenen Kammer ein als Träger für die Eisenmasse dienender Rost 16 vorgesehen, welcher einmal störende Reaktionen zwischen der Eisenmasse und der feuerfesten Auskleidung des Heizraumes 5 verhindert und
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leistet. Unterhalb des Rostes 16 mündet ein Zweigrohr 17 in den unteren Heizraum 5, dessen Zweig 18 für Zuleitung von Gas und dessen Zweig 19 für die Ableitung des gebildeten Wasserstoffes in die Vorlage 20 dient.
In dem unteren Heizraum 5 sind ferner Entleerungstüren 21 für das Reaktionsmaterial und Winddüsen 22 vorgesehen, welche so gelegt sind, dass sie die Luft tangential in die Kammer leiten, wodurch Stichflammen vermieden werden.
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Für'die Einfüllung von Koks in den Koksgenerator sind Öffnungen 23 vorgesehen.
Die Wasserstoffbereitung mit vorliegendem Kammerofen gestaltet sich beispielsweise wie folgt :
Mit Hilfe des Koksgenerators 2 wird der Ofen 1 im Sinne der Pfeilrichtung von aussen beheizt. Die Abgase strömen bei 24 in den Kamin 3. Die Aussenheizung wird zweckmässig so weit getrieben, bis der Eisenschacht rotglühend ist.
Die Innenbeheizung des Reaktionsmaterials erfolgt in der Weise, dass durch die Leitung 18, 17 Gas in den unteren Heizraum 5 eingeleitet wird, während durch Winddüsen 22 die erforderlichen Luftmengen zugeleitet werden. Die Heizgase durchströmen die in dem Schacht 14 befindliche Kontaktmasse unter direkter Beheizung derselben und entweichen dann bei geöffneter Klappe 9 in den Oberteil des Koksgenerators 2.
Zum Zwecke der Reduktion der Eisenmasse leitet man durch Leitung 18, 17 Wassergas in den Ringraum 5 ein. Dasselbe durchströmt die Kammer 4 von unten nach oben und gelangt dann bei geöffnetem Ventil 9 durch Leitung 10, 11 in den Oberteil des Koksgenerators, woselbst die noch verbrennbaren Gase unter Luftzuführung durch Leitung 12 verbrannt und zur Aussenheizung der Kammer nutzbar gemacht werden können. Das zur Reduktion notwendige Wassergas kann z. B. direkt in einem mit dem Kammerofen verbundenen Gasgenerator erzeugt werden.
Leitet man gleichzeitig mit dem Wassergas durch die Winddüsen 22 geringe Luftmengen in den unteren Heizraum 5 ein, so vollzieht sich die Reduktion mit sogenannter reduzierender Flamme. Man kann dann Heizphase und Reduktionsphase gegebenenfalls zusammenfallen lassen, da bei Zuführung geringer Luftmengen das Wassergas gleichzeitig heizt und reduziert.
Sobald der Betrieb im Gange ist, kann der Koksgenerator 2 ganz klein gestellt werden, da die in dem Oberteil des Koksgenerators zur Verbrennung kommenden Abgase der Reduktion den grössten Teil der Aussenbeheizung allein besorgen.
Ist ein Koksgenerator nicht vorhanden, so wird zum Anheizen usw. eine Leitung von Frischgas angebracht sowie eine Vorkammer, in welcher die Gase sich mit Luft mischen.
Nachdem die Erzfüllung genügend aufgeheizt und reduziert ist, wird die Gas-und Luftzufuhr abgestellt und bei geöffnetem Ventil 13 durch Rohrleitung 14, 10 überhitzter Dampf eingeblasen. Der die Kammer von oben nach unten durchströmende Dampf wird in bekannter Weise unter Oxydation der Eisenmasse zersetzt. Der gebildete Wasserstoff strömt durch Rohrleitung 17, 19 in die Vorlage 20.
Dadurch, dass die Aussen-und Innenheizung in entgegengesetztem Sinne erfolgt, wird der grosse Vorteil erzielt, dass die für die Wasserstoffbereitung ungemein wichtige gleichmässige Beheizung der gesamten Kontaktmasse ermöglicht ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel wirken beispielsweise die die Kammer 4 umströmenden Gase am stärksten auf den Oberteil der Kammer ein, da hier die Heizgase noch die grösste Hitze enthalten. Nach unten zu fällt die Aussenbeheizung allmählich ab. Bei der Innenbeheizung tritt genau der umgekehrte Vorgang in Erscheinung ; denn hier wird unten am stärksten beheizt, während die Heizwirkung nach oben zu nachlässt. Da Aussen-und Innenbeheizung sich gegenseitig ergänzen, so kann durch geeignete Wahl der Verhältnisse erreicht werden, dass das Reaktionsmaterial durch seine ganze Masse hindurch gleichmässige Temperatur erhält, wodurch die Wasserstoffausbeute gefördert und die bekannten, auf Überhitzung u. dgl. beruhenden Nachteile behoben werden.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i für die Aussenbeheizung der Kammer 4 ein mit einem Koksgenerator verbundener Heizraum vorgesehen ist, veranschaulicht Fig. g ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der schachtförmig ausgebildete, gasdicht abgeschlossene Heizraum für die Aussenbeheizung mit dem Zersetzer 4 in Verbindung steht, so dass derselbe gleichzeitig als Heizraum wie auch als Leitungsraum für die Reaktionsgase bzw. Reaktionsabgase benutzt werden kann.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel mündet der die Kontaktmasse ent-
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Material bestehen, da eine absolute Dichtigkeit desselben nicht erforderlich ist.
Für die direkte Beheizung der Kontaktmasse ist bei dem Ofen der Fig. 3 ein besonderer Ringkanal 31 vorgesehen, in welchen Gasdüsen 27 und Winddüsen 28 zweckmässig in tangentialer Richtung einmünden. Das in dieser Ringkammer 31 hergestellte Gasluftgemisch strömt durch nach unten gerichtete Leitungen 29 in den unteren Heizraum 30 und von hier durch die Kontaktmasse. Die Vorschaltung besonderer Mischkammern bietet gegenüber der in Fig. i veranschaulichten Ausführungsform den Vorteil, dass eine Überhitzung der Kontaktmasse an der Eintrittsstelle der Heizgase vermieden wird.
Selbstverständlich können derartige Mischkammern auch bei dem Ofen nach Fig. I mit Vorteil Verwendung finden, Auch beim Arbeiten mit reduzierender Flamme ist die
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Mischung des Reduktionsgases mit den erforderlichen geringen Luftmengen ausser Berührung mit der. Kontaktmasse von grossem" Vorteil. Man wird also auch hierbei zweckmässig besondere Mischkammer vorschalten. Für die Entleerung der Kontaktmasse ist hier noch eine zentrale Tür 32 vorgesehen. Das Arbeiten mit diesem Ofen gestaltet sich beispielsweise wie folgt :
Zum Zwecke der Reduktion leitet man Wassergas mit geringen regelbaren Luftmengen in den Ringkanal : 31 : ein. Das Gemisch strömt durch die Leitungen 29 nach dem unteren
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Kontaktmasse von oben nach unten.
Der gebildete Wasserstoff geht durch den unteren
Heizraum 30, Leitungen 29 und Ringkammer 31 in die Wasserstoffvorlage 32. Selbstverständlich lässt man den anfangs abgehenden verunreinigten Wasserstoff entweichen und fängt'erst.','den'reinen'Wasserstoff auf.
Die regelmässige Einschaltung besonderer Heizphasen ist bei diesem Ofen nicht erforderlich, vielmehr genügt die direkte Beheizung der Kontaktmasse mit reduzierender Flamme und'T'die indirekte Beheizung derselben durch die Verbrennung der Abgase der Reduktion in demväusseren Heizraum.
Es werden daher in der Regel besondere Heizphasen nur für die anfängliche Durchheizung der Masse zu :' ; Beginn der Reaktion erforderlich sein.
Infolge des Wegfalls besonderer Heizphasen und der vollkommenen Ausnutzung der Reduktionsgase gestaltet sich das Arbeiten mit diesem Ofen sehr ökonomisch.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Schachtgenerator für die Herstellung von Wasserstoff durch abwechselnde Oxydation und Reduktion von Eisen, bestehend aus einem den Kontaktraum umschliessenden Schacht, der einerseits von einem Heizraum für indirekte Beheizung umgeben ist, während dem Schacht andrerseits eine mit seinem Kontaktraum in direktem Wärmeaustausch stehende Kammer für direkte Beheizung und gleichmässige Zuleitung der Reduktionsgase vorgeschaltet ist.