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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen
Es sind verschiedene zyklische Verfahren zur Erzeugung von Stadtgas durch katalytische
Krackung von Brennstoffölen oder anderen Kohlenwasserstoffen bekannt.
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Diese zyklischen Verfahren besitzen zwei Arbeitsphasen: eine Produktionsphase
und eine Heizphase. Während der Produktionsphase wird beispielsweise Öl in einen
überhitzten Dampfstrom eingeleitet. Das Gemisch aus den zum Teil bereits gekrackten
Öldämpfen und dem Wasserdampf wird durch eine Katalysatorschicht zur Herbeiführung
einer weiteren Krackung in Verbindung mit der Bildung einer gewissen Menge Wassergas
hindurchgeführt.
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Während der Heizphase wird durch die Anlage überschüssige Luft geblasen,
um die sich während der Produktionsphase ablagernden Kohlenstoffrückstände zu verbrennen.
Während dieser Phase wird gewöhnlich zwecks Vervollständigung der Erwärmung, die
zu Beginn der Phase durch die Verbrennung der Kohlenstoffablagerungen erfolgte,
ein Brenner angezündet.
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Wenn diese Anlagen mit dickflüssigen Ölen, die demzufolge einen hohen
Anteil an Conradson-Kohlenstoff besitzen, arbeiten, wird außer dem Gas auch Teer
erzeugt. Die Qualität dieses Teers sowie insbesondere seine Viskosität und sein
Kohlenstoffgehalt hängen wesentlich von der Qualität des Öls und von der Kracktemperatur
ab. Je weiter die Krackung getrieben wird, um so dickflüssiger und reicher an Kohlenstoff
wird der erhaltene Teer.
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In zahlreichen Anlagen ist es daher nicht möglich, mit einer bestimmten
Ölart ein Gas zu erhalten, dessen Heizwert unter einem gegebenen Grenzwert liegt,
da bei Weitertreibung der Krackung zwecks Herabsetzung des Heizwertes des erzeugten
Gases ein pechartiger, kohlenstoffreicher Teer erhalten wird, der sich schwer verwerten
läßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen zyklischen
zweiphasigen Verfahren den Heizwert des erzeugten Gases unter den bei den üblichen
Verfahren erreichbaren Grenzwert zu senken, ohne daß dabei ein pechartiger, kohlenstoffreicher
Teer anfällt.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß während einer zur
Spülung derAnlage dienenden Zwischenphase die Zufuhr der während der Produktionsphase
zusammen mit dem Wasserdampf eingeleiteten Luft aufrechterhalten wird.
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Zwar ist es bei der Durchführung kontinuierlicher katalytischer Spaltverfahren
bekannt, insbesondere zur Verringerung des Wärmeverbrauches des wasserdampfkatalytischen
Verfahrens, dem Wasserdampf Luft zuzusetzen. Man hatte jedoch im Hinblick auf eine
mögliche Explosion des in den Verdampfungsraum eingeleiteten Öles Bedenken, in derselben
Weise auch bei der Durchführung eines diskontinierlichen Betriebes zu verfahren.
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Da beim wechselweisen Betrieb das Öl in jedem Zyklus neu gezündet
werden muß, bestand die Gefahr, daß bei einer Verzögerung der Zündung des in den
Reaktionsraum eingeleiteten Öles dieses mit der bereits im Reaktionsraum vorhandenen
Luft ein explosives Gemisch bildet.
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Darüber hinaus war zu befürchten, daß die während des Spülvorganges
dem Wasserdampf zugegebene Luft, ohne vorher mit den Kohlenstoffrückständen in der
Anlage reagiert zu haben, zur Vorlage gelangt und sich dort mit dem vorher erzeugten
Gas vermischt.
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Die Versuche haben jedoch ergeben, daß der Sauerstoff der eingeleiteten
Luft mit den Kohlenstoffrückständen der vorangegangenen Gaserzeugungsphase voll
reagiert.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nun erreicht, daß ein wesentlicher
Teil des Kohlenstoffes, der normalerweise in den Teer übergeht und die Qualität
des Teeres verschlechtert, von der Luft unter Bildung von C O und CO,
gebunden wird.
Damit läßt sich nun die Krackung des Öles weitertreiben,
wodurch eine weitere Senkung des Heizwertes des Gases erzielt wird. Außerdem wird
durch die Einleitung der Luft eine gewisse Menge Gas erzeugt, das sich mit dem Krackgas
vermischt.
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Die Menge der einzuleitenden Luft wird dabei je nach der Qualität
des behandelten Öles bzw. Kohlenwasserstoffes sowie nach dem gewünschten Heizwert
des Gases geregelt.
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Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß während der Erwärmungsphase Luft im Gegenstrom durch die Anlage geleitet wird.
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Die zur Durchführung des Verfahrens dienende besondere Ausbildung
einer an sich bekannten Anlage wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die aus drei Körpern bestehende, zyklisch arbeitende Anlage weist,
wie aus der Figur ersichtlich, im wesentlichen einen Wasserverdampferhitzer 1, einen
Verdampfungsraum 2, ein Katalysatorbett 3 und einen Lufterhitzer 4 auf.
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Während der Produktionsphase wird durch eine Leitung 5 mit Ventil
13 Dampf und durch eine Leitung 6 mit Ventil 7 das Öl eingeleitet. Der im überhitzer
1 überhitzte Wasserdampf trifft im Raum 2 auf das Öl und verdampft bzw. krackt es
teilweise.
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Das Gemisch gelangt dann durch das Katalysatorbett 3, wo die Krackung
vervollständigt wird und wo sich Wassergas und Teer bilden.
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Das erzeugte Gas und der Teer gelangen dann in den Lufterhitzer 4,
wo sie abgekühlt werden, und treten schließlich durch das Ventil 18 aus der
Anlage aus.
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Während der Heizphase (Blasen) wird durch eine Leitung 8 mit
Ventil 9 eine bemessene Luftmenge von oben in den Lufterhitzer 4 eingelassen.
Diese Luft durchströmt die drei Apparate und tritt aus dem Dampferhitzer 1 unten
durch das Ventil 10 aus.
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Während dieser Heizphase werden die sich auf dem Katalysator 3 abgelagerten
Kohlenstoffrückstände verbrannt, und zufolge dieser Verbrennung wird der Katalysator
wieder erwärmt und erreicht die Temperatur, die er während der Produktionsphase
verlor.
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Ferner wird während der Heizphase ein mit Öl, Teer oder mit einem
anderen Brennstoff aus der Leitung 14 mit Ventil 15 gespeister und
durch die Leitung 16 mit Ventil 17 mit Luft beaufschlagter Brenner 19 gezündet,
um die Verdampfungskammer 2 sowie den Dampferhitzer 1, die sich während der Produktionsphase
abkühlten, wieder aufzuheizen.
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Während der Produktionsphase wird durch eine Leitung 11 mit Ventil
12 Luft unten in den Dampferhitzer 1 eingeleitet. Diese Luft wird zusammen mit dem
Wasserdampf im Erhitzer 1 überhitzt und setzt sich im Raum 2 mit dem während der
ersten Krackphase des Öls entstehenden Kohlenstoff um, wobei sich ein dem Generatorgas
ähnliches Gas bildet.
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Dieses Gas mit niedrigem Heizwert mischt sich mit dem aus dem katalytischen
Krackverfahren am Katalysator 3 entstehenden Gas und bewirkt eine Herabsetzung des
Heizwertes des aus der Anlage austretenden Gesamtgases. Nachdem im Verdampfungsraum
2 ein Teil des bei der Krackung entstandenen Kohlenstoffes vergast wird, besitzt
ferner der aus der Anlage mit dem Gas austretende Teer eine bessere Qualität, so
daß die katalytische Krackung weitergetrieben und der Heizwert des erzeugten Gases
noch weiter herabgesetzt werden kann.
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Die Einleitung dieser während der Produktionsphase eingelassenen Luft
wird auch nach der Beendgung des Öleinlasses während der Spülperiode, in der durch
den durch die Leitung 5 eingelassenen Dampf die Gase aus den Apparaten getrieben
werden, fortgesetzt. Die Anwesenheit von Luft im Dampf während dieser Spülperiode
gestattet es nämlich, die sich im oberen Teil des Dampferhitzers 1, an den Wänden
des Verdampfungsraumes 2 und in der Verbindungsleitung zwischen diesem und dem Katalysator
3 abgelagerten Kohlenstoffrückstände zu verbrennen, wodurch vermieden wird, daß
dieser Kohlenstoff (Ruß) zu Beginn der Heizphase in den Kamin abgezogen wird.
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Bei dem erläuterten Beispiel erfolgt die Einleitung von Luft während
der Produktionsphase am Boden des Dampferhitzers 1. Diese Einlaßstelle ist als bevorzugt
anzusehen, doch wäre es auch möglich, die Luft unmittelbar in den Verdampfungsraum
2 einzuleiten.
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Das beschriebene Beispiel bezieht sich ferner auf die Anwendung der
Erfindung bei einer zyklischen Anlage, die in bekannter Weise aus drei Apparaten
besteht, doch läßt sich die Erfindung geradesogut bei jeder anderen zyklischen Anlage
anwenden, in der ein beliebiger Kohlenwasserstoff in einer Produktionsphase in Anwesenheit
von Dampf gekrackt wird.