DE1067167B

DE1067167B - Verfahren und Einrichtung zur Brenngaserzeugung durch Vergasen feinverteilter fester und/oder flüssiger Brennstoffe oder durch thermische Umsetzung gasförmiger Brennstoffe

Info

Publication number: DE1067167B
Application number: DENDAT1067167D
Authority: DE
Inventors: Hau Post Bechen über Bergisch Gladbach Dr.-Ing. Giovanni Hilgers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1959-10-15

Description

PATENTAMT

KL.24e 3/06

INTERNAT. KL. C 1Oj

COIB -17/00 H 31184 IVc/24 e

ANMELDETAG: 7.MAI1954

B EKANNTMAGHUNG DER ANMEL¹DDNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 15. O KTO B E R 1959

Bei vielen chemischen Prozessen muß, um z. B. kleine Reaktionszeiten zu erhalten oder um sich der Asymptote irgendwelcher Umwandlungsvorgänge zu nähern, die Wärmeübertragung von Gasen bei möglichst hohen Temperaturen erfolgen. Die Festigkeitscigenschaf ten der meisten Baustoffe setzen der Wärmeübertragung jedoch eine natürliche Grenze. So gestatten selbst Strahlungsrekuperatoren keine Erwärmung des zu erhitzenden Gases auf mehr als 900° C, gleichgültig, ob die die Wärme übertragenden Wände metallisch oder keramisch sind. Die Grenze liegt noch niedriger, wenn das Gas z. B. Eigenschaften hat, die es mit dem Wandmaterial reagieren lassen.

Für alle Vergasungs- bzw. Spaltvorgänge sind aber hohe Temperaturen erforderlich, da hierdurch die Reaktionszeiten abgekürzt werden können. Noch wichtiger aber ist, besonders bei der Spaltung von Kohlenwasserstoffen, die Spaltvorgänge in Räumen hoher Wandtemperaturen vor sich gehen zu lassen. Bei der Spaltung entstehen Kohlenstoffskelette, die mit CO₂ oder H₂O zu CO umgewandelt werden müssen. Dabei sollen die festen Bestandteile im Gas schnell eine möglichst hohe Temperatur annehmen. Da die Wärmeaufnahme fester Stoffe bei der Wärmeübertragung durch Strahlung höher als die von Gasen ist, so werden im Bereich hoher Wandtemperaturen die Festbestandteile im Gas letzterem gegenüber bevorzugt, so daß unter Umständen die Kohlenstoffantcile höhere Temperaturen als das Gas selbst annehmen können. Dadurch werden die Reaktionszeiten der Kohlenstoffanteile zu CO verkürzt bzw. überhaupt erst möglich gemacht, besonders im Bereich der verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, bei denen die Kohlenwasserstoffspaltungen vor sich zu gehen pflegen.

Durch die Erfindung soll nun ein Weg gewiesen werden, um bei gleichzeitig kontinuierlichem Betrieb von einem Gas auf ein zweites und insbesondere auf die in dem zweiten Gas enthaltenen tropfenförmigen oder, festen Bestandteile bei beliebigen Temperaturen Wärme zu übertragen, ohne daß man sich hierbei besonderer metallischer oder keramischer Wärmeträger zu bedienen braucht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus einem den oder die zu vergasenden oder umzusetzenden Brennstoffe enthaltenden, als Vergasungsmittel für den Brennstoff oder den bei seiner Umsetzung frei werdenden Kohlenstoff dienenden Trägergas einerseits und einem Heizgas andererseits zwei Wirbel gebildet werden, die mit im wesentlichen gleicher und gleichgerichteter Winkelgeschwindigkeit und mit im wesentlichen gleichen und gleich- oder einander entgegengesetzt gerichteten Axialgeschwjndigkeiten unmittelbar ineinander umlaufen.

Verfahren und Einrichtung

zur Brenngaserzeugung durch Vergasen

feinverteilter fester und/oder

flüssiger Brennstoffe oder

thermische' Umsetzung

gasförmiger Brennstoffe

Anmelder:

Dr.-Ing. Giovanni Hilgers,
Hau, Post Bechen über Bergisch Gladbach

Dr.-Ing. Giovanni Hilgers,

Hau, Post Bechen über Bergisch Gladbach,

-ist als Erfinder genannt worden

25 Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umeinander rotierende Gase sich wenig bzw. nur nach verhältnismäßig langer Zeit miteinander vermischen. Hierbei

ist die Diffusionszeit um so länger, je größer das Verhältnis von Tangential- zur Axialgeschwindigkeit ist, wobei sogar die Axialgeschwindigkeiten der einzelnen Gasgruppen entgegengesetzt gerichtet sein können. Die geringste Diffusion erhält man naturgemäß, wenn

außer den Winkelgeschwindigkeiten der Gase untereinander auch deren Axialgeschwindigkeiten gleich und gleichsinnig sind.

Leitet man somit in einen Zylinder, in dessen Boden sich zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete Düsengruppen befinden, zwei oder mehr Gase mit Strömungsrichtungen und Geschwindigkeiten ein, die den obengenannten Bedingungen entsprechen, so wird man am Ende des Zylinders über entsprechende Auffangvorrichtungen bei bestimmter Zylinderlänge die Gase praktisch unvermischt wieder ableiten können. Haben die Gase verschiedene Temperaturen, so wird Wärme von dem einen auf das andere Gas übergehen. Hierbei sind irgendwelche, die Gase trennenden Wändenicht erforderlich, und der Warmeübertragungs-Vorgang kann bei beliebigen Temperaturen vor sich gehen.

Mischt man dem einen Gas Kohlenstaub, ölnebel oder Öldampf zu und benutzt das zweite Gas als Heizgas, indem man es entweder mit einem Teil der dem

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Claims

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ersten Gas beigemischten Stoffe chemisch exotherm reguliert zu werden, die den an sich geringen Axial-

rcagicrcn läßt oder es bereits mit hoher Temperatur in geschwindigkeiten entsprechen. Strömen die Gase

den Zylinder einführt, so wird in dem ersten Gas axial gegenläufig, so muß naturgemäß eine Dusen-

untcr Einfluß der Strahlungswärme des Heizgases gruppe an einem, die andere am anderen Ende des

bzw. der durch das Heizgas aufgeheizten Wände die 5 Zylinders angeordnet und beide müssen durch eine

gewünschte chemische Umwandlung erfolgen. Eine gemeinsamen Welle oder einen gemeinsamen Antrieb

weitere Möglichkeit der Aufheizung wäre die, daß ein verbunden werden.

Gasgemisch im Tnncrn des Zylinders zui Verbrennung Eine zweite Maßnahme zeigt die Fig. 2. Dort ist ein

gebracht würde. aus porösem Material bestehender oder mit Löchern

Die aus diesem Grundgedanken sich ergebenden io oder Schlitzen versehener '"hochfeueriestcr Inncn-

konstruktivcii Möglichkeiten werden an Hand von mantel t vorgesehen. "Durch diesen Mantel wird

drei Beispielen erläutert: laufend ein Teil des einen Gases zum Auslaßkanal g

[n Fig. 1 bedeutet α einen aus feuerfesten Baustoffen hin abgesogen, wodurch als die Strömung \'erbcsscrndc und mil der nötigen Isolierung umkleideten Zylinder, Maßnahme zunächst einmal die Grenzschicht beseitigt welcher den Mantel eines Reaktionsraumcs bildet. Den 15 wird. Gleichzeitig aber tritt auch eine Temperatur-Kern des Rcaklioiisraumcs stellt ein zur Steigerung steigerung in den Poren des Zylinders b auf, wenn in der Inncnstrahlung eingebauter, ebenfalls aus feuer- dem den Zylinder umströmenden Gas eine Verbrenfestcm Material bestehender Lnnenzylinder b dar, und nung vor sich geht. Dasselbe kann naturgemäß auch den Boden bilden zwei ringförmige, konzentrisch zu- am Außenmantel geschehen. Die übrigen Bezeichcinandcr angeordnete Gruppen von Düsen c und d. 20 nungcn der Fig. 2 entsprechen denen der Fig. 1.
Zur Düsengruppe c wird das Gas durch das Tnncre e Schließlich zeigt Fig. 3 eine Anordnung, bei der des Innenzyliiidcrs b zugeführt, zur Düsengruppe d zwei Gase und als dritter Stoff z. B. ölnebel, öldampf durch eine Außenringdüse /. ölnebel, öldampf oder oder mittels eines Umwälzgases geförderter Kohlen-Kohlenstaub wird man zweckmäßigerweise dem staub zur Anwendung kommen. Das eine Gas strömt durch / einströmenden Trägergas beimischen oder 25 bei / ein und gelangt von dort, wie bereits beschrieben, getrennt durch Düsen dem rotierenden Zweitgasstrom in den Düsenring d. Ähnlich tritt der dritte Stoff zugeben. Man kann naturgemäß auch die genannten über η in dea mittleren Düsenring i. Das zweite Gas Feststoffe dem innen rotierenden Gas zuordnen und wird bei dieser Anordnung sukzessiv über die das Heizgas außen zirkulieren lassen. Hierbei würden Schlitze p, die in dem kegeligen Kern b angeordnet aber wegen der um drei Zehnerpotenzen höheren spczi- 3° sind, zugesetzt. Der Kern b kann mit den Düsen d fischen Gewichte der Feststoffe diese bald zum Rand und i zusammen wiederum über die Achse k rotieren, ausgeschleudert werden, was zwar in manchen Fällen, Diffundiert der dritte Stoff in die beiden anderen, z. B. bei gewissen Entgasungsvorgängen, auch er- über die Düsen d und. die Schlitze p eingeleiteten Gase, wünscht sein kann. Was die Gase anbetrifft, so sollen so wird die Diffusion innerhalb eines Raumes vcrnun bei entsprechender Druckregelung und Düsen- 35 laufen, der etwa durch den Kern b und die Linie T gestaltung diese so eingeleitet werden, daß ihre begrenzt sein wird. Den Diffusionsgrad selbst kann Winkel- und möglichst auch ihre Axialgeschwindig- man, falls erforderlich, z. B. durch entsprechende Gekcitcn, untereinander gleich sind. Betrachtet man den schwindigkeitsdiffcrenzen der Gase untereinander Verlauf von Gaspartikcln, die zu einem beliebigen weitgehend regeln. Schließlich können die zu verZeitpunkt auf einem Radius lagen, so erhält man eine ♦<> gasenden oder zu spaltenden Brennstoffe auch durch Spirale, wie sie in Fig. 1 eingezeichnet ist. Wie ein- die Schlitze p dem Trägergas beigemischt werden. Die gangs erwähnt, werden sich bei Einhaltung der Zufuhrleitung e muß dann als entsprechender Förder-Grundbcdingungcn die beiden Gasgruppen G₁ und G_jr kanal für den Staub oder das Feinkorn, gegebenenfalls nicht oder nur unwesentlich vermischen, wobei der auch für eine Flüssigkeit oder einen Flüssigkcitsnebel gedachte Mantel 7" die ideelle Trennflächc bildet. Die 45 ausgebildet werden.

beiden Gase werden aufgefangen durch zwei Ring- Wie bereits erwähnt, können entgegen den Zeichkanäle g und h, die beiderseits der Trcnnfiäche liegen. liungen die Gase nicht nur in gleicher axialer Rich-

Bci größeren Zylinderlängen läßt sich — wie er- tung, sondern auch bei gleichsinniger Tangential-

w ahnt — eine gewisse Diffusion der Gase längs der bewegung in Achsrichtung einander entgegenströmen,

gedachten Trennfläche T nicht vermeiden, und es 5° Hiervon wird man vorzugsweise dann Gebrauch

bildet sich ein Diffusiousraum, der in Fig. 1 durch die machen, wenn aus wärmewirtschaftlichen Gründen auf

Schnittlinien 7", und T_n gekennzeichnet ist. Zum Ab- eine Wärmeübertragung im Gegenstrom Wert gelegt

fangen der darin enthaltenen Gasmengen könnte man werden muß.

zwischen die Ringkanälcg und h noch einen dritten, Auch kann der Außenmantel α die gleichen Funkin Fig. 2 mit m bezeichneten Absaugckanal vorgehen, 55 tionen übernehmen wie die Wand t in Fig. 2 oder wobei in Wirklichkeit die gedachte Trennflächc nicht der Kern b in Fig. 3. Der Innenzylinder b in Fig. 1 parallel zur Zylinderwand, sondern unter einem und Fig. 2 kann auch dünnwandig und mit Innenrippen Winkel hierzu verlaufen kann, je nach der Expansion versehen sein, um das bei c einströmende Gas vorzudcs einen bzw. der Kontraktion des anderen Gases. wärmen und die Innenflächen des Zylinders zu kühlen. Auch können der Mantel und der Kern des Reaktions- 60 Das gleiche kann auch mit dem Außenmantel α zwecks raumcs sich nach oben erweitern oder verengen. Vorwärmung des über / und d einströmenden Gases

LJm die Winkelgeschwindigkeiten beider Gase geschehen,
untereinander gleich und damit die Diffusion zwischen

den Gasen klein zu halten, werden noch zwei Maß- Patentansprüche:

nahmen aufgeführt. 65

Tn Fig. 1 sind die Ringdüsen c und d auf einer J. Verfahren zur Brenngaserzeugung durch Ver-

Schcibc angeordnet, die um die Achse k rotieren kann. gasen feinverteilter fester und/oder flüssiger Brenn-

Läßt man im Grenz Falle die Scheibe mit der den stoffe oder durch thermische Umsetzung gas-

Gascn zugedachten Winkelgeschwindigkeit rotieren, förmiger Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß

so brauchen die Gase untereinander nur auf dieDrücke 70 aus einem den oder die zu vergasenden oder um-

.zusetzenden Brennstoffe enthaltenden, als Vergasungsmittel für den Brennstoff oder den bei seiner Umsetzung frei werdenden Kohlenstoff dienenden Trägergas einerseits und einem Heizgas andererseits zwei Wirbel gebildet werden, die mit im wesentlichen gleicher und gleichgerichteter Winkelgeschwindigkeit und mit im wesentlichen gleichen und gleich- oder einander entgegengesetzt gerichteten Axialgeschwindigkeiten unmittelbar ineinander umlaufen.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum, in dem die beiden Wirbel umlaufen, einerseits durch einen zylindrischen Mantel und andererseits durch einen zentral angeordneten zylindrischen oder kegeligen, gegebenenfalls umlaufenden Kern aus keramischem Baustoff begrenzt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch im Mantel oder im Kern angeordnete Schlitze zum Abziehen der am Mantel bzw. am Kern entlangströmenden Gase oder eines Teiles derselben.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch im Mantel oder im Kern angeordnete Schlitze zum Einführen des oder der zu vergasenden oder umzusetzenden Brennstoffe oder eines Teiles derselben.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder an beiden Enden des Reaktionsraumes konzentrisch zueinander und zu dem zylindrischen Reaktionsraum angeordnete, ringförmige Gruppen von Düsen vorgesehen sind, durch welche die Gase und Brennstoffe eingeleitet werden, und daß jeder Düsengruppe am anderen Ende des Reaktionsraumes ein ebenfalls konzentrisch angeordneter Gasabzugskanal gegenüberliegt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsengruppen auf einer Scheibe, welche um die durch den Mittelpunkt der Düsengruppe gelegte Längsachse des Reaktionsraumes rotiert, oder auf mehreren derart mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierenden Scheiben angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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