DE1542238A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von pulverfoermigen Materialien in der Wirbelschicht - Google Patents

Description

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Dr.-ίηπ. von Kre:,^f-r Diving. Srhonwaid I O 4 Z Z O O

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i.r₄;vi'iut de Recherchen de la oider-urgie Ffphcki:;e_.

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Verfahren und Vorrichtung zur Eehandlung. vcn pulverförmiger Materialien in der VJ:i "be!schicht

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von verfahren zur Behandlung 7 ο η pulverföriaigen Katerialien in der V/irbej schicht durch direkte Verbrennung in der Wirbelschicht: selbst und eine Vorrichtung zur Lar cn führung dieser \'er besserungen..

Eekannt ist bereits ein Verfahren zur Aufbereitung "cn Exsenery. m der Wirbelschicht, wobei die Verbrennungsluft die unten in einen Wirbelschichtofen durch Soste eingeführt wird, die Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs bewirkt, der direkt in die Wirbelschicht eingeblasen wird, Pei diesem Verfahren kann der Druckverlust der luft beim lurchgang durch die Boste nicht verändert werden., so daß die große Gefahr einer Verstopfung der Roste durch das Ers besteht-Außerdem befindet sich der in aie Schicht eingeblasene Kohlenwasserstoff einen Augenblick in unr.itteibarera Kcntekt mit den Feststoffteilchen; wodurch unverbrannte Bestandteile gebildet werden können, die als Eußschicht die aufgev/;: melten Teilchen umhüllen, die um so schwieriger aufzubereiten 3lnd Schließlich verrußen die unverbrannten Bestandteile den Wirbelschichtofen und rufen Störungen bei der .Behandlung des aufgewirbelten Produkts hervor,.

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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile aus zuschalten. Sie "betrifft Verbesserungen vcn Verfahren be:: denen in der Y,\irb el schicht befindliche Teilchen durch Ein führung eines Brennstoffs," der sich in der Wirbelschicht entzündet= behandelt werden,, liese Verbesserungen sind da durch gekennzeichnet* daß man in einen Behälter den Erenn stoff und den Sauerstoffträger unterhalb der Wirbelschicht und in Richtung der Wirbelschicht mit einer Geschwindigkeit einführt, die über der Geschwindigkeit der Entzündung des Brennstoffs liegt₅ den Brennstoff und den Sauerstoffträger auf ihrem Wege zur Wirbelschicht innig mischt und die Geschwindigkeit dieses Geroisches verringert, bis sie höchstens der Geschwindigkeit der Flarimenfortpflanzung gleich ist, um die Verbrennung in der Wirbelschicht zu bewirken

Diese Verbesserungen können ferner die folgenden Llerkiaale in Kombination mit den vorstehend genannten Merkmalen aufweisen;

a) Die innige Vermischung des Brennstoffs und des Sauer stoffträgers wird vorgenoMnen_; indem man den letzteren in eine drehende Bewegung versetzt=

b) Die Geschwindigkeit des Genisches wird durch Vergrößerung des Durchgangsquerschnittes des Gemisches verringert.

c) Das in der Schwebe gehaltene Produkt ist ein Eisenerz das im wesentlichen Hämatit (Fe_?O-,) enthält und durch die Verbrennungsgase zu Magnetit (Fe.C^) reduziert wird.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur Behandlung von feinteiligen Materialien in der Wirbelschicht durch Einführung eines Brennstoffs, der sich in der Wirbelschicht entzündet ο Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Teile in Kombination aufweist: einen Wirbelschichtreaktor. der mit Vorrichtungen zur Einführung und zum Austrag eines pulverförmiger! Produkts versehen ist. die die untere und obere Grenze einer Wirbelschicht fest

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legen« und wenigstens einen zum Einblasen eines Brennstoffs und eines Sauerstoffträgers dienenden Injektor, der in den unteren Teil des Eeaktcrs mündet, wo der .Brennstoff und der Sauerstoffträger sich unterhalb der unteren Grenze der VMrbeischicht mischen und zur Wirb el schicht hin gerichtet wer o.en. wobei der Reaktor einen sich ausweitenden Teil zxr.* sehen den jii.iektor und der Wirbelschicht aufweist, um die Geschwindigkeit des gebildeten Genisches vor se ire r Zinfülr? υ ng in die Wirbelschicht zu verringern

Liese Vorrichtung kann außerdem die folgenden Ilerkrale °.uf ■ weisen;

a.i Der injektor besteht aus einem Hchikcrter. der den Brenn stoff aufnimmt und an den Boden des Reaktors angesetzt ist. mit dem er durch eine öffnung -erbunden ist ei^er Einspritzdüse f Ur d en Erennstcff. die in der ^chse äe.? Hohlkörpers angeordnet ist. und Zuführungsleitung«.:"; füi Brennstoff und Sauerstoffträger

b) Ein Einführungskanal für das Gemisch .ist zwischen dem si;h ausweitenden Teil und dem in.iektcr angeordnet, um das Gemisch zu homogenisieren.

c) Ein bewegliches Ventil- das an einem Jührungsrch?· ir jnnern des Injektors befestigt und mit einem PetUtigungs¹· organ verbunden j.st. ermöglicht die Veränderung des Druükverlustes in der Zuführungsleitung des Sauerstoffträgers und demzufolge der Verteilung des GerJr?::es v:r, Reaktor,

d) Rillen, die in das unter c) genannte Ventil eingearbeitet sind "/ersetzen den Sauerstoff träger in eine kreisende Bewegung, um ihn mit dem Brennstoff innig zu mischen

e) Eer sich ausweitende Teil des Reaktors ist e„n Kegeä stumpf mit einem halben \7inkel am Gipfel zwischen :■ -jjia 60°. vorzugsweise von etwa 3-°---

f) Der Reaktor enthl-ilt in der Virbelscne wenigstens ei]! Rest zum Zerteilen von Blasen, die durch die Verbrennung-

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gase in der Wirbelschicht gebildet werden-

Wie bereite erwähnt, werden gemäß- der Erfindung in einer Wirbelschichtbehälter oder -reaktor Feststoffteilchen te handelt, die durch ein Gemisch, das sich in der Wirbeln->M ?]v seibst entzündet, aufgewirbelt v/erden

Neu ist die erfindungsgemäße Maßnahme- daß man in einen üirbeischichtreaktcr einen Brennstoff und einen Sauerstoff träger einführt und in einer Höhe unterhalb der Wirbelschicht so mischt, daß das gebildete Genisch sich erst in der Wirbelschicht entzündet. Um dies zu erreichen werden der Brennstoff und der Sauerstoffträger mit einer Geschwindigkeit» die über der Entziüidungsgeschwindigkeit dec Gemis3hes liegt- in den Reaktor eingeführt, und die Enzündung dieses Gemisches in der Wirbeischicht wird hervorgerufen, indem man seine lineare Geschwindigkeit verringert bis sie ebenso hoch ist wie die Geschwindigkeit der Pl" armer, fortpflanzung,

Die Erfindung hat ua den Vorteil» daß man den Sauerstoff ·- träger und den Brennstoff vor der Verbrennung ir-nng vermischen kann, wobei eine solche Homogenisierung erziel" wird, daß der Sauerstoff mit dem gesamten Brennstoff reagiert und auf diese- 'Weise die Eildung von Euß auch öanr vermieden wird«- wenn durch die liachverbrennung im wesentlichen CO gebildet wird,

Wie bereits erwähnt, entzündet sich das Genisch wenn seine Geschwindigkeit die Geschwindigkeit der Piair.menfci-tr.fl sr. zung erreicht hat, Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Gasgemisches durch Vergrößerung des lurchgangsquerschnittes des Gasgemisches verringert Gemäß der Erfindung wird dies in einer Erweiterung erreicht-Diese Erweiterung kann aus einem Kegelstumpf bestehen..- ¹T-Ie hoch ferner die Geschwindigkeit des Gasgemisches auch ·; rri sie ist so groß, daß die Peststoffteilchen in der Sch:el e bleiben und nicht auf den Boden der Erweiterung fallen

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können- Dieo hat zur Folge daß während der Behandlung '!or gesamte untere Teil des Reaktors frei vcn Festste!"¹ ite.:;. chen is' _? so daß keine Verstopfung eintreten kann. Ein weiterer 'Vorteil liegt darin, daß die bei den bekannten Verfahren zur Aufblähung der Schicht verwendeten Ecste überflüssig sind,

Pas aufgewirbelte Produkt schwebt im Reaktor in einer Zone in der die Geschwindigkeit des sich entzündenden Gases genügt, um die Teilehen in der Schwebe zu halten, Diese Entzündung findet in allen lallen in der Wirbelschicht se" TdS⁺- statt, deren untere Grenze im oberen Teil der Erweiterung liegen kann Die Wirbelschicht nirant .iedoch im wesentlichen eine Zone angrenzend an die Erweiterimg ein - Liese Zone kann zumindest in ihrem unteren Teil eine sich leicht ausweitende Form haben Diese Form ermöglicht eine weitere Verringerung der Geschwindigkeit der entzündeten Gase? wodurch das ILLtreißen vcn Feststoffteilchen nach oben leichter vermieden wird Auf diese Veise gelingt die Bildung einer sehr stat-i 1 cn rirbeischicht,

in dieser Wirbelschicht findet die Berührung zwischen ττ? Verbrennungsgas und den Teilchen statt/ wodurch die ge v/ünsr-hte chemische oder physikalische Behandlung erreicht wird Die gebrauchten Verbrennungsgase entweichen anschj"essend in bekannter Weise durch den oberen Tei3 der Appara.tur Die Feststoffteilchen v/erden in bekannter Vieise eingeführt und abgezogen,

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß der T.ru'-kverlust des Sauerstoffträgers verändert werden kann, auch wenn er in konstanter Menge zugeführt wird. Lies ermöglicht eine Veränderung der Vorteilung des Gemisches in der Erweiterung und die Anpassung dieser Verteilung an das pulverförnige Material in einer solchen Weise., daß bei Verwendung mehrerer mjektoren eine vollkommene Stabilität der Wirbelschicht; erzielt wird Dies kann erreicht werden. in den man vor der Eintrittsoffnung des Reaktors ein bewegliches Ventil anord-

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net, durch de ο sen Bewegung der Querschnitt der Öffnung "crändert wird;

Die Vermischung des Sauerstoffträgers und des Brernst&ffs wird durch Rillen sichergestellt, durch die beispielsweise die Verbrennungsluft geleitet wird» Diese Rillen versetzen das Gas in eine kreisende Bewegung, die die Vermischung der luft mit dem Brennstoff erleichtert und beschleunigt.. Der Brennstoff kann gasförmig oder flüssig seinο renn er flüssig ist_r wird erfindungsgemäß eine Zerstäubung mit Hilfe eines Gases vorgesehen«, Die so zerstäubte Fiünsig keit kann ebenfalls in eine kreisende oder spiralförmige Eewegung versetzt werden, um ihre Vermischung mit dem Sauerstoffträger zu erleichtern.

Es kann geschehen, daß die Verbrennungsgase in der Wirbelschicht die Erscheinung des sog* "Brodeins" hervorrufen,-Diese Erscheinung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Wirbelschicht große Blasen gebildet werden, die keine Feststoffteilchen enthalten., Hierdurch wird die Berührungsfläche zwischen den Gasen und dem pulverförmigen Material verkleinert. Gemäß einem Kennzeichen der Erfindung wird dieser Nachteil ausgeschaltet, indem in der Wirbelschicht-zone wenigstens ein Eost angeordnet wird, der aus Iletail

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bestehen/arid die Aufgabe hat. die Blasen zu zerteilen und wieder normale Berührung zwischen den Verbrennungsgasen und den zu behandelten aufgewirbelten Feststoffteilchen herzustellen». Dieser Rest kann vorteilhaft aus nickel bestehen, das in gewissen Fällen als Katalysator dienen kann.-Dieser Rost, der keineswegs der Aufblähung der Schicht dient, spielt jedoch nur eine Nebenrolle und ist für die Durchführung der Erfindung nicht unerlässliche

Natürlich kann die Anlage mit mehreren Injektoren versehen sein. Die Vorteile der Erfindung werden aus den folgenden Ausführungsbeispiel deutlich, das in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben wirdo

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Pig. '. zeigt eine Gesamtansicht einer verrichtung zur Durchführung der Erfindung die insL-econdere aus einen Reaktor besteht,- in dem puivurförni/res Eisenerz behände". ⁺- wird» das mit einen Genisch, das sich in der Vi rb el cc nicht entzündet, in der Wirbelschicht gehalten wird

Pig,- 2 zeigt, ausführlicher einen Teil des Reaktcrbccens und einen Injektor als .'!c^.r.icv. durch eir.e li'cer.e ser.kreclr; r.v-.v Ε;επα ν cn Fig. i.

■Pig. 3 zeigt den oberen Teil eines Injektors der ein r.:.it Rillen versehenes Ventil aufweist das sich gegen den Boden des Reaktors legen kann,

Fig,," zeigt eine Gesamtansicht einer Vorrichtung für die Durchführung der Erfindung- Diese Vorrichtung dient dazu' pulverförmiges Eisenerz, das einer magnetisierenden Röstung d h, einer Teilredukti.cn von Έβ^ζ-, zu Fe-Oz₁ unterwerfen wird, in eine Wirbelschicht zu überführen. Dem Wirbel schichtreaktcr ■ v/ird mit Hilfe ν cn '^ier In.iektcren 2 ein Gemisch aus vergewärmter Luft und zerstäubtem Heizöl zugeführt. Diese vier gleichen Injektoren sind in Fig, 2 :n gröPerem Detail dargestellt: Das Gasgemisch tritt dur?h Kanäle 3 und Kegelstümpfe 4, deren halber Winkel an Gipfel 30° beträgt, und in denen die Enzündung des Gemisches "beginnt, in den Boden des Reaktors ein. Die Enzündung und die Verbrennung setzen sich in den Kegelstünpfen ra, 5^. 5o und 5d fcrt/ die mit den Rosten 6 und 7 zun Zerteilen von Gasblasen versehen sind Das gemahlene Erz wird in cen Kegelstumpf 5a durch eine Leitung 8 eingeführt und durch die Verbrennungsgase aufgewirbelt. Auf diese Weise bildet sich eine Wirbelschicht ^Q Das behandelte Erz v/ird durch eine Leitung 1<3 abgezogen, während die Verbrer.nungogase durch eine Leitung 11 entweichen- die im oberen Teil des Reak te?.-!? ί beginnt,

Der Reaktor ist mit Wänden ".2 aus feuerfester. Steinen "er sehen-, während der Eoden den Reaktors mit Isoliersteinen '■

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aus Diatomit 'bedeckt ist_c

Fig_c2 zeigt in größerem Detail einen Teil deo Reaktor bodens und einen Injektor 2, aber in einer Ebene senkie?ht zur Ebene von Pig.-Ic In dieser Abbildung sind ebenfalls die bereits in Verbindung mit Fig.1 beschriebenen Teile dargestellt, die mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind;

Der Injektor 2 ist am Eoden des Reaktors 1 mit einem Plansch 14 und Schrauben '5 befestigt. Er v/eist einen Hohlkörper 16 auf in dessen Achse konzentrisch ein Führungsrohr 1T- eine Zuführungsleitung -8 für Zerstautungruuft und eine Zuführungsleitung '. 9 für das Heizöl angeordnet sind. Das Heizöl wird mit Hilfe einer lüse 20 zerstäubt. die deutlicher an Fig.2 und 3 erkennbar ist. An das Rohr ist ein Ventil 2' geschweißt, das sich gegen den Boden 22 des Reaktors legen kann, der den Ventilsitz bildet Eem Körper i6 wird die Verbrennungsluft durch eine Leitung 2} und ein Rohr 24 zugeführt, das mit Flanschen 25 und 26 unct Schrauben 26a am Körper 16 befestigt ist. Eine Kapsel 2/ mit balgförnigen Teilen, die frei auf dem Rohr 17 gleiten kann..; verhindert, daß Luft nach unten entweicht. Las Rohr 24 ist fest mit einem Gegenflansch 28 verbunden, der mit Eolzen 30 an einem Bügel 29 befestigt istc Der Bügel gleitet auf dem Führungsrohr ''7. Ein Gegenflansch 3"i. der auf den Bolzen 30 gleitet ist am Rohr 17 befestigt und ermöglicht die Bewegung des Ventils 21 mit Hilfe eines Betätigungsorgans, das aus einer Kapsel 32 mit Balgteilen

. besteht, Rückstellfedern 33 wirken der Kapsel 32 entgegen, Wenn die Öffnung 34- zwischen dem Ventil 2'¹ und ihrem Sitz 22 geöffnet werden soll, läßt man Druckluft durch eine Leitung 35 in die Kapsel 32 eintreten. Lie Kapsel 32 dehnt sich aus. und diese Bewegung wird auf den Gegenflansch 3' übertragen·, der das Rohr 17 mitnimmt, Dieses Rohr bewegt sich ebenso wie das fest damit verbundene Ventil 2'i nach unten, und die öffnung 34 vergrößert sich, Wenn man die Luft aus der Kapsel 32 entweichen läßt.

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wird das Rohr 17 und mit ihm das Ventil 2'i durch die Bückstollf edern 33 nach oben bewegt» v/o durch cas Ventil 2"' die Öffnung 34 verkleinert oder verschließt, !ferner Is⁴: ein Rohrstutzen 36 vorgesehen.- der es ermöglicht, vor Beginn der V/irbelschiehtbehandlung den Hohlkörper "6 vollständig vcn Erz freizublasen,,

In Fig-2 ist außerdem der Rest 6 dargestellt; der aus ie n Roststäben 6a besteht_r die parallel zu den Seiten des Rostes verlaufen und an den Rändern einen größeren Abstand haben als in der Mitte_; Der Rost 7 besteht aus den Stäben 7a_f die parallel zur Diagonale des Rostes verlaufen und gleichmäßigen Abstand haben^

Fig.,.3 zeigt in größerem Detail den oberen Teil eines Injektors 2 mit einem Ventil 2'< , das sich gegen den ?ouen 2-des Reaktors 1 legen kann· Sekundäre Verbrennungsluft gelangt durch die ringförmige Öffnung 34 und durch die in den Ventilkörper eingearbeiteten Rillen 37 die der Verbrennungsluft eine kreisende Bewegung verleihen; die die Vermischung des Brennstoffs mit dem Sauerstcffträger begünstig-j-, in den Kanal 3. Die Bildung dieses Gemisches wird außerdem durch die Zerstäubung von Heizöl durch Primärluft in der Düse 20 erleichert» Zu diesem Zweck wird eine Zerstäubungsdüse von bekannter Bauart mit äußeren schraubenförmigen Rillen verwendet-, die im Irnern des Fußes angeordnet ist und ausgezeichnete Zerstäubung ergibt: Diese Zerstäubungsdüse ist in der Abbildung nicht dargestellt, um diese nicht unübersichtlich zu machen=

Die .Arbeitsweise der Vorrichtung ist sehr einfach. Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird das Innere des Reaktors 1 mit Hilfe eines äußeren Brenners, z,B, eines Propandrenners, auf eine Temperatur von etwa 50O⁰C vorerhitzt. Yi en η diese Temperatur erreicht ist, v/erden die Injektoren 2 in Gang gesetzte Hierbei bilden sich im Reaktor ?larr.:en_s die durch Regelung des Druckverlustes in den ringförmigen

öffnungen 34 jedes Injektors eingestellt werden« /.nschlies-009816/1387

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send wird das Erz durch leitung 8 in den Eeaktor eingeführt, in dem es durch die in der Schicht 9 entzündeten Gase aufgewirbelt und behandelt wird= Die Verbrennungs-' gase entweichen durch die Leitung 11, und das behandelte Erz wird durch die Leitung iO abge-sogen-.

Die Erfindung bringt gegenüber den bekannten Verfahren viele Vorteile: Sie macht die Verwendung eines Anstrcnrostes., bei den die Gefahr von Verstopfungen besteht, überflüssig. Sie ermöglicht es, die Verteilung des Gemisches von Sauerstoffträger und Brennstoff nach Belieben zu verändern und stark reduzierende Verbrennungsgase chne Gefahr der Rußbildung zu verwenden* Ferner hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine große betriebssicherheit und eine bemerkenswerte Flexibilität im Betrieb= Schließlich ist der Aufbau der Vorrichtung besonders einfach.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Verfahren zur Behandlung von pulverförmigen Materialien in der Wirbelschicht durch direkte Verbrennung in dieser Wirbelschicht., dadurch gekennzeichnet, dai3 man in einen Behälter Brennstoff und Sauerstoffträger unterhalb und in Richtung der Wirbelschicht mit einer über der Entzündungsgeschv/indigkeit liegenden Geschwindigkeit einführt., Brennstoff und Sauerstoff trüger auf dem Wege zur Wirbelschicht innig mischt und die Geschwindigkeit dieses Gemisches bis höchstens zur Flainrr.en-fort::flanzungsgeschv.'ir.digkeit verringert -

   2.'· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. man den Sauerstoffträger während des Vermischens mit dem Brennstoff in drehende Eewegung versetzt.

   3. ' Verfahren nach Anspruch 1 oder¹ 2, dadurch gekennzeich net, daß man die Geschwindigkeit durch Vergrößerung seines Turchgangquerschnitts verringert.

   4.^N Verfahren nach Anspruch 1 bis'3, dadurch gekennzeichnet, daß man als j η der Schwebe gehaltenes Produkt ein Eisenerz, das im wesentlichen Hämatit (Fe^O-,; enthält, verwendet und dieses zu Magnetit (Fe^Oj₁* reduziert.

   5=^v Vorrichtung zur Eurchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Wirbelschichtreaktor, durch Vorrichtungen zum Einführen und Austragen des pulverförmigen Schwebeproduktes sowie zum Festlegen der Grenzen der Wirbelschicht, durch mindestens einen in den unteren Teil des Reaktors mündenden Injektor und durch einen zwischen dem Injektor und der Wirbelschicht erweiterten Teil des Reaktors.

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   ·- 12 -

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens einen am Beden des Reaktors einmündenden, als Hohlkörper ausgebildeten, mit einer in seiner Achse angeordneten Brennstoffeinspritzdüse und Zuführungsleitungen für Brennstoff und Sauerstoffträger versehenen Injektor.

   7·) \^rorrichtung nach Anspruch 5 und 6. gekennzeichnet durch einen Einführungskanal für das Brennstoff-Sauerstofftragergenisch in den erweiterten Teil des Reaktors.

   8.}. Vorrichtung nach Anspruch 5 Ms 7.* gekennzeichnet durch ein an einem Führungsrohr im Innern des Injektors befestigtes und mit einem Betätigungsorgan verbundenes bewegliches Ventil.

   9>.i Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch in das Ventil eingearbeitete Rillen.

   10.') "^Torrichtung nach Anspruch 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine kegeistumpffö'rmige Erweiterung des Reaktors
   60°,

   tors mit einem Gipfelhalbwinkel zwischen 10 und

   11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine kegelstumpffö'rmige Reaktorervreiterung mit einem Gipfelhalbviinkei von etwa 50°.

   12.) Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens einen in der VJirbelzcne angeordne ten Rost.

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   Γ5·) Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen metallischen Rost.

   14.) Vorrichtung nach Anspruch Γ3* gekennzeichnet durch einen als Katalysator v/irksamen Rost aus Nickel.

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