DD288614B3 - REACTOR FOR FLOW CURING - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Flugstromvergasung von Brennstoffen, Insbesondere von staubförmigen Brennstoffen, unter Temperaturbedingungen, die zum Schmelzfluß der Aschebestandteile des Brennstoffes führen. Anwendungsgebiet Ist die Erzeugung von H2- und CO-relchen Gasen, die als Synthesegas, Reduktionsgas, Stadtgas oder Gas für energetische Zwecke Verwendung finden bzw. zu Wasserstoff aufgearbeitet werden.The invention relates to a reactor for the entrained flow gasification of fuels, in particular dust-like fuels, under temperature conditions which lead to the melt flow of the ash constituents of the fuel. Field of application Is the production of H 2 and CO 3 gases which are used as synthesis gas, reducing gas, city gas or gas for energy purposes or are worked up to hydrogen.
Bei der Vergasung von Brennstoffen, die mit mineralischen Beimengungen belastet sind, durch Partlaloxydatlon im Flugstrom sind in der Regel Reaktionstemperaturen notwendig, bei denen die mineralischen Bestandteile, also die Asche, in eine schmelzflüssige Schlacke überführt wird. Ein typischas Beispiel dafür ist die Druckvergasung von Kohlenstaub durch Umsatz mit technischem Sauerstoff.In the gasification of fuels that are contaminated with mineral admixtures by Partlaloxydatlon in the air flow reaction temperatures are usually necessary in which the mineral components, ie the ash, is transferred into a molten slag. A typical example of this is the pressure gasification of coal dust by conversion with technical oxygen.
Es sind z.B. durch DD160313 Reaktoren zur Flugstromvergasung nach diesem Prinzip bekannt, die aus einem oberen, durch einen Kühlschirm begrenzten Reaktionsraum und einem unteren Abkühlungsraum zur Abkühlung des erzeugten Gases bestehen. Reaktionsraum und Abkühlungsraum sind in einem druckfesten äußeren Gehäuse untergebracht. Der Kühlschirm des Reaktionsraumes besteht aus Rohren, die durch Stege zu einer gasdichten Membranwand verbunden sind und mit einem Kühlmittel, ir. der Regel Druckwasser oder siedendes Wasser, beaufschlagt werden. Im Reaktionsraum erfolgt der Umsatz des fein verteilten Brennstoffes, beispielsweise Kohlenstaub, mit dem Sauerstoff in einer Flammenreaktion bei Temperaturen zwischen etwa 2000 und 1400*C. Unter diesen Bedingungen bilden die mineralischen Bestandteile einen Schmelzfluß. Die flüssige Schlacke wird zum großen Teil an den Kühlschirm des Reaktionsr&umes geworfen und bildet dort einen nach unten abfließenden Film, der Rest bleibt in Tropfenform im heißen Gas suspendiert.They are e.g. by DD160313 reactors for entrained flow gasification according to this principle, which consist of an upper, limited by a cooling screen reaction space and a lower cooling space for cooling the gas generated. Reaction space and cooling space are housed in a pressure-resistant outer housing. The cooling screen of the reaction chamber consists of tubes, which are connected by webs to a gas-tight membrane wall and with a coolant, ir. Usually pressurized water or boiling water, are applied. In the reaction space, the conversion of the finely divided fuel, for example coal dust, with the oxygen takes place in a flame reaction at temperatures between about 2000 and 1400 ° C. Under these conditions, the mineral constituents form a melt flow. The liquid slag is to a large extent thrown against the cooling screen of the reaction chamber where it forms a downflowing film, the remainder being suspended in hot droplets in the form of drops.
Das erzeugte heiße Rohgas wird mit einerTemperatur von z. B. 1400°C gemeinsam mit der an der Wand ablaufenden und der im Gas suspendierten Flüssigkeitsschlacke In den Abkühlungsraum überführt. Dort wird entweder durch direkten Kontakt mit einem Kühlmedium, in der Regel Wasser, oder durch Strahlungs- und Konvektionswärmeaustausch mit im Abkühlungsraum installierten Kühlflächen das heiße Rohgas abgekühlt und in die schmelzflüssige Schlacke granuliert. Die Verbindung zwischen Reaktionsraum und Abkühlungsraum wird durch eine, im Vergleich mit dem Durchmesser des Reaktionsraumes enge Öffnung hergestellt.The generated hot raw gas is heated at a temperature of e.g. B. 1400 ° C, together with the running on the wall and suspended in the gas liquid slag transferred to the cooling space. There, the hot raw gas is cooled or granulated into the molten slag either by direct contact with a cooling medium, usually water, or by radiation and Konvektionswärmeaustausch with installed in the cooling chamber cooling surfaces. The connection between the reaction space and the cooling space is produced by a narrow opening in comparison with the diameter of the reaction space.
Die Kontur dieser Schlacke: ablauföffnung ist thermisch, chemisch und mechanisch hoch belastet. Es hat sich deshalb bewährt, auch die Konturdieseröffnung zu kühlen. Bei Störungen in der Führung des Vergasungsprozesses kann es zu Verengungen der Öffnung durch erstarrende, sich an der Wand der Schlackenablauföffnung ansetzende Schlacke kommen, was zur Ausbildung eines erhöhten Differenzdruckes zwischen Reaktionsraum und Kühlschirm führt, der von der Schlackenablauföffnung aufgenommen werden muß.The contour of this slag: drain opening is thermally, chemically and mechanically highly loaded. It has therefore been proven to cool the Konturdieseröffnung. Disturbances in the guidance of the gasification process can lead to constrictions of the opening due to solidifying slag, which attaches to the wall of the slag discharge opening, which leads to the formation of an increased differential pressure between the reaction space and the cooling screen, which must be absorbed by the slag discharge opening.
den Kühlschirm des Reaktionsraumes integriert sind. Die Schlackenablauföffnung ist also ein untrennbarer Bestandteil desthe cooling screen of the reaction space are integrated. The Schlackenablauföffnung is therefore an integral part of the
als am übrigen Kühlschirm. Die Integration in den Kühlschirm erschwert Reparaturarbeiten an der Schlackenauslauföffnung oder erzwingt, bezogen auf den Zustand der Kühlw.ind im Bereich dos Reaktionsraumes, einen vorzeitigen Wechsel des kompletten Kühlschirmes mit der Schlackenauslauföffnung.as on the rest of the cooling screen. The integration in the cooling screen complicates repair work on the slag outlet opening or enforces, based on the state of Kühlw.ind in the area dos reaction space, a premature change of the complete cooling screen with the slag outlet opening.
auswechselbaren, die Schlackenabflußöffnung bildenden, ringförmigen Körper versehen ist. Diener Körper besteht aus einem in mehreren Windungen gelegten und in Gußeisen eingegossenen Stahlrohr, das mit Kühlwasser beaufschlagt wird. Der gußeiserne Körper der Schlackenablauföffnung ist in den Boden des Reaktionsraumes eingelassen und gasdicht auf einemreplaceable, the Schlackenabflußöffnung forming, annular body is provided. Diener body consists of a laid in several turns and cast in cast iron steel pipe, which is acted upon with cooling water. The cast-iron body of the slag discharge opening is embedded in the bottom of the reaction space and gas-tight on one
reaktionsraumseitig durch aufliegende, spiralförmig gewickelte Kühlrohre, die zugleich den Boden des Kühlschirmes bilden undreaction chamber side by overlying, spirally wound cooling tubes, which also form the bottom of the cooling screen and
mit einer Stampfmasse versehen sind, abgedeckt. Damit soll der Schutz des Tragringes vor thermischer Überlastung durchprovided with a ramming mass, covered. This is to protect the support ring from thermal overload
kritische Stelle hinsichtlich der Gefahr einer übermäßigen Erhitzung die Grenze zwischen dem Schlackeablaufkörper und den spiralförmig gewickelten Kühlrohren erwiesen.critical point with respect to the risk of excessive heating, the boundary between the slag drain body and the spirally wound cooling tubes proved.
die zum Eindringen schmelzflüssiger Schlacke bis an den Tragring heran führen. Die Gefahr einer Schädigung der Tragringes an dieser Stellte ist besonders groß, wenn schmelzflüssiges Elsen, das unter bestimmten Betriebsbedingungen sich von dor flüssigen Schlacke separiert, in solche Risse eindringt.leading to the penetration of molten slag up to the support ring zoom. The risk of damage to the support ring at this point is particularly great when molten Elsen, which separates under certain operating conditions from the liquid slag, penetrates into such cracks.
häufige Instandhaltungsmaßnahmen erforderlich.frequent maintenance required.
Das Ziel der Erfindung ist ein Reaktor zur Flugstromvergasung, bestehend aus einem Reaktionsraum und einem darunter befindlichen Abkühlungsraum, der hinsichtlich der Gestaltung der Schlackeablauföffnung zwischen Reaktionsraum und Abkühlungsraum höhere technische Sicherheit bietet und instar.dhaltungsfreundlich ist.The object of the invention is a reactor for entrained flow gasification, consisting of a reaction space and a cooling space underneath which offers greater technical safety with respect to the design of the slag discharge opening between the reaction space and the cooling space and is instar.dhaltungsfreundlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zur Flugstromvergasung von Brennstoffen unter Bedingungen der Bildung von schmelzf!Ü3siger Schlacke zu schaffen, der aus einem aufrecht stehenden Druckgehäuse mit einem oberen Reaktionsraum und einem unteren Abkühlungsraum besteht, die durch elno zentrale Schlackenablauföffnung mit einem leicht auswechselbaren, gekühlten Schlackeablauf körper verbunden sind, wobei der Schlackeablaufkörper und seine Tragkonstruktion auch in Störungsfällen den auftretenden Differenzdruck zwischen Reaktionsraum und Abkühlungsraum abzufangen imstande ist und eine Schädigung der Tragkonstruktion durch Eindringen von schmelzflüssiger Schlacke ausgeschlossen ist. Die Erfindung ist bestimmt für einen Reaktor der genannten Gattung, bei dem die Kontur des Reaktionsraumes durch einen Kühlschirm aus Rohren gebildet wird, die durch Stege zu einer gasdichten Wand verbunden und mit Einrichtungen zur Zuführung und Abführung eines Kühlmittels versehen sind.The invention has for its object to provide a reactor for entrained flow gasification of fuels under conditions of formation of molten slag consisting of an upright pressure housing with an upper reaction space and a lower cooling space, the elno central slag discharge opening with an easily replaceable , Cooled slag drain body are connected, the slag drain body and its support structure is capable of intercepting occurring differential pressure between the reaction chamber and the cooling chamber even in cases of failure and damage to the support structure is excluded by the ingress of molten slag. The invention is intended for a reactor of the type mentioned, in which the contour of the reaction space is formed by a cooling screen of tubes which are connected by webs to a gas-tight wall and provided with means for supplying and discharging a coolant.
Erfindungsgemäß wird eine Lösung der gestellten Aufgabe dadurch erreicht, daß der die Kontur des Reaktionsraumes bildende Kühlschirm in seinem Boden in einen vertikalen zylindrischen Abschnitt übergeht, der mit einem umlaufenden Spalt einen Schlackeablaufkörper umhüllt, der eine gekühlte zylindrische Außenwand aufweist. Diese zylindrische Außenwand des Schlackeablaufkörpers stützt sich auf einem Tragring ab, der wiederum mit dem Kühlschirm verbunden ist. In der Regel ist der Tragring gasdicht mit dem Druckgehäuse verbunden und unterteilt dieses in den Reaktionsraum und den Abkühlungsraum. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Breite des genannten umlaufenden Spaltes 25 bis 45 mm. Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn der genannte umlaufende Spalt wenigstens eine Höhe der 4fachen Spaltbreite aufweist.According to the invention, a solution of the problem is achieved in that the forming the contour of the reaction chamber cooling screen merges in its bottom in a vertical cylindrical portion which surrounds a circumferential slit a Schlackeablaufkörper having a cooled cylindrical outer wall. This cylindrical outer wall of the slag drain body is supported on a support ring, which in turn is connected to the cooling screen. In general, the support ring is gas-tightly connected to the pressure housing and divides this into the reaction space and the cooling space. In preferred embodiments of the invention, the width of said circumferential gap is 25 to 45 mm. It has also proven to be advantageous if said circumferential gap has at least a height of 4 times the gap width.
Die gekühlte zylindrische Außenwand des Schlackeablaufkörpers kann als gasdichte Rohrwand mit entsprechenden Einrichtungen zur Zuführung und Abführung eines Kühlmittels ausgeführt sein. Diese Ausführungsform bietet sich vor allem dann an, wenn der Schlackeablaufkörper als Ganzes in den mit heißem Gas und schmelzflüssiger Schlacke in Berührung kommenden Flächen als bestiftete und mit einer Stampfmasse versehenen Rohrwandkonstruktion, beispielsweise aus Rohrwendeln aufgebaut, ausgeführt ist.The cooled cylindrical outer wall of the slag exhaust body may be designed as a gas-tight pipe wall with corresponding means for supplying and discharging a coolant. This embodiment is particularly suitable when the slag drain body is designed as a whole in the coming into contact with hot gas and molten slag surfaces as studded and provided with a ramming tube wall construction, for example, made of coiled tubing.
Es hat sich gezeigt, daß gemäß der Erfindung ausgeführte Reaktoren eine rasche Montage des Schlackeablaufkörpers ermöglichen, wobei der umlaufende Spalt erst nach der Montage bekannterweise mit feuerfester Masse verfüllt wird. Durch thermische Spannungen, insbesondere bei Anfahr- und Abfahrvorgängen, unvermeidlich entstehenden Risse im Feuerfestmaterial des Spalters fülletjsich zwar mit schmelzflüssiger Schlacke, unter der Wirkung der intensiven Kühlung zu beiden Seiten des umlaufenden Spaltes erstarrt aber auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen, beispielsweise beim Auftreten von schmelzflüssigem Eisen, der eingedrungene Schmelzfluß so rasch, daß ein Durchtritt durch den genannten Spalt hindurch bis zum Tragring und dessen thermische Überlastung ausgeschlossen sind.It has been found that reactors designed according to the invention allow a rapid assembly of the slag drain body, wherein the circumferential gap is known to be filled with refractory material only after assembly. By thermal stresses, especially during startup and shutdown, inevitably resulting cracks in the refractory material of the splitter fülletjsich although solidified under the action of intensive cooling on both sides of the circumferential gap but also under unfavorable operating conditions, such as the occurrence of molten iron, the penetrated melt flow so quickly that a passage through the said gap through to the support ring and its thermal overload are excluded.
Es hat sich weiter gezeigt, daß auch eine Demontage des Schlackeablaufkörpere ohne Schwierigkeiten möglich Ist, weil die bei der Außerbetriebnahme gebildeten Risse in Umfangsrichtung der Füllung des Spaltes ein leichtes Lösen des Schlackeablaufkörpers aus dem genannten zylindrischen Abschnitt im Boden des Kühlschirmes ermöglichen.It has also been shown that disassembly of Schlackeablaufkörpere is possible without difficulty, because the cracks formed in the decommissioning in the circumferential direction of the filling of the gap allow easy release of the slag drain body from said cylindrical portion in the bottom of the cooling screen.
An Hand oine Figur, die als Schnittbild den für die Erfindung wesentlichen Teil eines Reaktors zur Flugstromvergasung zeigt, sei die Erfindung näher erläutert.On hand oine figure, which shows a sectional view of the essential part of the invention for a reactor for entrained flow gasification, the invention will be explained in more detail.
Der Reaktor besteht aus einem aufrecht stehenden zylindrischen äußeren Druckgehäuse 1, das In seinem oberen Teil einen Reaktionsraum 2 und In seinem unteren Teil einen Abkühlungsraum 3 umschließt. Die Kontur des Reaktionsraumes 2 wird durch einen Kühlschirm 4 gebildet, bestehend aus bestifteten und mit Druckwasser beaufschlagten Rohren, die durch eingeschweißte Stege gasdicht miteinander verbunden sind. Der Kühlschirm ist reaktionsseitlg In bekannter Art mit einer Stampfmasse 5 versehen, die (in der Figur nicht dargestellt) von den Stiften der Rohre gehalten wird. Am Kopf des Reaktionsraumes 2, ebenfall? in der Figur nicht dargestellt, befindet sich ein axial ausgerichteter Brenner für die Zuführung von Kohlenstaub und Sauerstoff.The reactor consists of an upright cylindrical outer pressure housing 1, which encloses in its upper part a reaction space 2 and in its lower part a cooling space 3. The contour of the reaction space 2 is formed by a cooling screen 4, consisting of potted and pressurized water pipes, which are connected by welded webs gas-tight together. The cooling screen is on the reaction side provided in a known manner with a ramming mass 5, which (not shown in the figure) is held by the pins of the tubes. At the head of the reaction space 2, also? not shown in the figure, there is an axially aligned burner for the supply of coal dust and oxygen.
Die Verbindung zwischen dem Reaktionsraum 2 und dem Abkühlungsraum 3 wird durch einezentrale Schlackeabiauföffnung 6 in einem Schlackenablaufkörper 7 herbeigeführt, der im Boden des Reaktionsraumes 2 angeordnet ist. Im Abkühlungsraum 3 sind Düsen 8 mit einem Anschluß zur Zuführung von Quenchwasser angeordnet. Im Bereich des Abkühlungsraumes 3 sind weiter in der Figur nicht dargestellte Öffnungen im Druckgehäuse 1 zur Abführung von gekühltem Gas, von überschüssigem, nicht verdampftem Quenchwasser und von granulierter Schlacke vorhanden. Der Kühlschirm 4 geht an seinem Boden in einen vertikalen zylindrischen Abschnitt 9 über, der wie der übrige Kühlschirm aus wendelartig gewickelten und durch Stege gasdicht verbundenen Rohren besteht. Dieser zylindrische Abschnitt 9 stützt sich auf Tragring 10 ab, der gasdicht mit dem Druckgehäuse 1 verbunden ist.The connection between the reaction space 2 and the cooling space 3 is brought about by a central slag discharge opening 6 in a slag discharge body 7, which is arranged in the bottom of the reaction space 2. In the cooling chamber 3 nozzles 8 are arranged with a connection for the supply of quench water. In the region of the cooling chamber 3 openings not shown in the figure are further in the pressure housing 1 for the discharge of cooled gas, excess, not evaporated quench water and granulated slag available. The cooling screen 4 merges at its bottom in a vertical cylindrical portion 9, which like the rest of the cooling screen consists of helically wound and connected by webs gas-tight connected pipes. This cylindrical portion 9 is supported on support ring 10, which is connected in a gastight manner to the pressure housing 1.
Der Schlackeablaufkörper 7 ist, wie der Kühlschirm 4, als Rohrwendelkonstruktion ausgeführt, wobei die Rohre durch zwischengeschweißte Stege zu einer gasdichten Rohrwand verbunden sind. Er besteht aus einer inneren zylindrischen Rohrwand 11, welche die zentrale Schlackenablauföffnung 6 bildet, einer zylindrischen Außenwand 12 sowie einem beide zylindrischen Wände verbindenden konischen Abschnitt 13. Die ca.250mm hohezylindrische Außenwand 12 stützt sich gasdicht auf den Tragring 10 ab. Zwischen ihr und dem zylindrischen Abschnitt 9 des Kühlschirmes 4 verbleibt ein umlaufender, 30mm breiter Spalt 14, der mit einer feuerfesten Masse in Form von Schamottemörtel gefüllt ist. Die den Schlackeablaufkörper 7 bildenden Rohre sind mit Einrichtungen zur Zuführung und zur Abführung 15; 16 eines Kühlmittels in Form von Druckwasser versehen, die in das Druckwassersystem des Kühlschirms eingebunden sind. Das Druckwasser durchläuft nacheinander die innere zylindrische Rohrwand 11, den konischen Abschnitt 13 und die zylindrische Außenwand 12. Die die innere zylindrische Rohrwand 11 und den konischen Abschnitt 13 bildenden Rohrwendel sind bestiftet und wie der Kühlschirm 4 mit Stampfmasse belegt.The slag drain body 7 is, like the cooling screen 4, designed as a coiled tubing construction, wherein the tubes are connected by inter-welded webs to a gas-tight tube wall. It consists of an inner cylindrical tube wall 11, which forms the central Schlackenablauföffnung 6, a cylindrical outer wall 12 and a cylindrical walls connecting both conical section 13. The approximately 250mm high cylindrical outer wall 12 is supported gas-tight on the support ring 10 from. Between it and the cylindrical portion 9 of the cooling screen 4 remains a circumferential, 30mm wide gap 14 which is filled with a refractory mass in the form of fireclay mortar. The slag drain body 7 forming tubes are equipped with means for feeding and discharge 15; 16 provided a coolant in the form of pressurized water, which are integrated into the pressurized water system of the cooling screen. The pressurized water successively passes through the inner cylindrical tube wall 11, the conical section 13 and the cylindrical outer wall 12. The coiled tubing forming the inner cylindrical tube wall 11 and the conical section 13 are studded and, like the cooling screen 4, filled with ramming mass.
Im Reaktionsraum 2 setzen sich Kohlenstaub und Sauerstoff in einer Flammenreaktion zu CO- und Hrreichem Gas um. Die sich aus den mineralischen Bestandteilen des Kohlenstaubes bildende schmelzflüssige Schlacke läuft Ober den konischen Abschnitt 13 der zentralen Schlackenablauföffnung 6 zu, durch die sie gemeinsam mit dem etwa 14000C heißen Gas in den Abkühlungsraum 3 gelangt. Dort werden die Schlacke durch Kontakt mit Quenchwasser aus den Düsen 8 granuliert und das heiße Gas gekühlt und mit Wasserdampf gesättigt.In the reaction chamber 2, coal dust and oxygen to put in a flame reaction to CO and H r rich gas. The molten slag forming from the mineral constituents of the pulverized coal passes over the conical section 13 of the central slag discharge opening 6, through which it passes together with the approximately 1400 ° C. hot gas into the cooling space 3. There, the slag is granulated by contact with quench water from the nozzles 8 and the hot gas cooled and saturated with water vapor.
Die gasdichte Abstützung der zylindrischen Außenwand 2 des Schlackeablaufkörpers 7 auf dem Tragring 10 schließt Kriechströme von heißem Gas auf anderen Wegen als über die zentrale Schlackenablauföffnung 6 und damit die Gefahr einer gefährlichen unkontrollierten Erhitzung von Bauteilen des Reaktors auch bei extremen Betriebsbedingungen mit größerem Differenzdruck zwischen Reaktionsraum 2 und Abkühlungsraum 3 aus. Im praktischen Betrieb hatsich gezeigt, daß ein Durchtritt von schmelzflüssiger Schlacke bis zum Tragring 10 sicher verhindert wird. Die gemessene Eindringtiefe von Schlacke und von aus der Schlacke separiertem metallischen Eisen in den Spalt 14 betrug insgesamt etwa 100mm. Damit ist auoh aus der Sicht der Einwirkung von Schlacke bzw. flüssigem Eisen eine Überhitzung des Tragringes 10 ausgeschlossen. Die Montage und Demontage des kompletten Schlackeablaufkörpers 7 über eine in der Figur nicht enthaltene zentrale öffnung am Kopf von Druckgehäuse 1 und Kühlschirm 4, in der sich während des Betriebes der Brenner befindet, waren in jedem Falle problemlos möglich.The gas-tight support of the cylindrical outer wall 2 of the slag drain body 7 on the support ring 10 closes creepage of hot gas in other ways than via the central slag discharge opening 6 and thus the risk of dangerous uncontrolled heating of components of the reactor, even under extreme operating conditions with greater differential pressure between the reaction chamber. 2 and cooling room 3 off. In practical operation, it has been shown that a passage of molten slag up to the support ring 10 is reliably prevented. The measured penetration depth of slag and metallic iron separated from the slag into the gap 14 was about 100 mm in total. This is auoh from the point of view of the action of slag or liquid iron overheating of the support ring 10 is excluded. The assembly and disassembly of the entire slag drain body 7 via a not shown in the figure central opening at the top of the pressure housing 1 and cooling screen 4, in which is located during operation of the burner, were in any case easily possible.
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- 1990-08-14 DE DE19904025916 patent/DE4025916A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Publication date |
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DD288614A5 (en) | 1991-04-04 |
DE4025916A1 (en) | 1991-01-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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B3 | Exclusive patent (sect. 18(1)) | ||
NPI | Change in the person, name or address of the patentee (addendum to changes before extension act) | ||
RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
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