DE164721C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

M 164721 KLASSE 12«.

in LONDON.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen zur Darstellung von Wasserstoff für die Benutzung bei der Herstellung von Gas für Leucht-, Heiz- und Kraftzwecke gemäß dem Verfahren des Patentes Nr. 161666. Bei der Herstellung von Gas in der in jener Patentschrift beschriebenen Weise, wird Wasserstoff mit Wassergas gemischt und die Mischung über metallisches Nickel geleitet, wodurch - ein Gas entsteht, welches hauptsächlich aus Methan besteht.

Der Ofen gemäß vorliegender Erfindung ist dazu bestimmt, Wasserstoff in bekannter Weise durch Einwirkung von Dampf auf metallisches Eisen, für den eben erwähnten oder für andere industrielle Zwecke zu liefern. Hierbei wird der Datnpf bei.hoher Temperatur zersetzt und der Wasserstoff frei, während das Eisen sich in magnetisches Eisenoxyd gemäß der Gleichung

3 Fe + 4 H₂ O = Fe₃ O₄ + 4K₂

verwandelt.

Dieses Verfahren ist in der Gastechnik schon oft zur Erzeugung von Wasserstoff benutzt worden und hat man verschiedene Ofen formen zur Ausführung dieses Verfahrens vorgeschlagen. Dabei wird das Eisen regelmäßig abwechselnd durch den Dampf in der Wasserstofferzeugungsstufe oxydiert und das entstehende Eisenoxyd sodann durch ein gasförmiges Reduktionsmittel reduziert. In einigen dieser bekannten Öfen wird das Eisen einfach in Form von Klumpen in einer feuerfesten Kammer angeordnet, durch welche der Dampf und das reduzierende Gas hindurchgeleitet werden. Bei einer andern Ausführungsform wird das schwammige Eisen in durchlöcherten Trögen in einer Anzahl besonderer Chamotteretorten untergebrächt. Bekanntlich wird bei »der Reduktion des Eisenoxyds in der Reduktionsstufe des Verfahrens Wärme erzeugt, jon welcher eine geringe Menge durch die Ofenwände und ■ die mit dem Eisen in Berührung befindlichen Teile aufgenommen wird, doch tritt dies bei den erwähnten Ausführungsformen nur in ganz geringem Maße ein. Ferner hat man auch schon vorgeschlagen, das Eisen in den Zwischenräumen eines gitterartigen Mauerwerks anzuordnen; bei dieser Einrichtung wird mehr Wärme aufgenommen, die sodann in der Wasserstofferzeugungsstufe des Gesamtverfahrens verfügbar ist. Alle diese bekannten Ofeneinrichtungen besitzen indessen in der Praxis schwerwiegende Mängel. Diese haben ihren Grund in der Anordnung der Kammern oder Teile, in welchen das Eisen in mehr oder weniger großen Klumpen untergebracht ist, wobei der Dampf oder das Gas durch die Eisenmasse hindurchgeleitet wird. Das Eisen »backt« sehr schnell zusammen und verstopft dann die Zwischenräume derart, daß der Dampf oder das Gas nur mit einem sehr kleinen Teil der wirksamen Oberfläche des Metalls bezw. des Oxyds in Berührung

treten kann und der Ofen somit eine große Einbuße an seiner Leistung· erfährt. Häufig backt das Eisen auch derartig zusammen, daß nur einige wenige Kanäle für den Dampfdurchtritt verbleiben, so daß die große Masse des Eisens vollkommen unwirksam bleibt und sogar dadurch gefährlich werden kann, daß dem Durchtritt der Gase ein Widerstand

. entgegengesetzt wird. Diese bekannten Wasser-Stofferzeuger müssen daher häufig gereinigt werden, worauf neues Material wieder eingefüllt oder 'das alte in einen für die Reaktion geeigneten Zustand gebracht werden muß. Dieses Einbringen und Herausschaffen des Eisens ist aber infolge der Ofenkonstruktionen mit Schwierigkeiten verknüpft, daher umständlich und kostspielig.

Gemäß vorliegender Erfindung werden nun nicht allein die erwähnten Nachteile vermieden, sondern es wird eine bedeutend größere Masse unwirksamen Materials in dem Ofen aufgespeichert als dies bisher überhaupt möglich war. Dieses unwirksame Material wirkt wie ein Speicher für . die während der Reduktionsstufe frei werdende Wärme. Dabei können die Gase stets frei durch den Ofen strömen und ist so eine vollkommene und innige Berührung mit dem Eisen gesichert. Ferner ist ein leichtes Herausschaffen und Auswechseln jedes Teiles behufs Einbringens neuen wirksamen Materials gestattet.

Diese Vorteile werden durch die aus folgendem ersichtliche Einrichtung erreicht.
Das in fein verteiltem Zustande befindliche Eisen wird in eine große Anzahl einzelner Tröge aus feuerfestem Mauerwerk ο. dgl. in der Weise eingebracht, daß jeder Trog eine flache Schicht von fein verteiltem Eisen enthält. Die Tröge werden sodann in aufeinander folgenden Schichten vom Boden zur Decke des Ofengehäuses aufgebaut, daß sie eine ziemlich dichtliegende feuerfeste Füllung bilden. Die Tröge sind an zwei Seiten offen, damit der Dampf über das Eisen frei hinwegströmen kann, und besitzen vorteil-. haft Unterstützungsflanschen oder Füße, um die untere Fläche eines Troges in geeigneter Entfernung von dem in dem darunter befindlichen Troge enthaltenen Material zu halten. Diese Flanschen oder Füße können jedoch auch fortfallen, wenn der Hohlraum der Tröge genügend tief gemacht wird. Sind die Tröge in dem Ofen aufgebaut, dann bilden sie eine Anzahl getrennter enger, im Zickzack vom Boden zur Decke des Ofens verlaufender Züge oder Kanäle, welche eine flache Lage Eisen enthalten und den Reaktionsgasen einen freien Durchgang gestatten. Diese engen Züge teilen sozusagen die feuerfeste Masse derart in Zellen, daß, während die Gase frei durch die Zellen über das Eisen streichen können, der größtmögliche Wärmebetrag durch das feuerfeste Material absorbiert wird.

Der Ofen wird vorteilhaft von innen erhitzt und kann zu diesem Zwecke in seinem unteren Teile mit einer Verbrennungskammer ausgestattet sein, so daß er zunächst durch Gasfeuerung entweder durch Generator-, Wasser- oder Steinkohlengase bis zu dem erforderlichen Maße erhitzt werden kann. Er kann jedoch ebenso ohne diese Verbrennungskammer hergestellt werden und mittels heißer Luft oder heißer von einer andern Quelle kommenden Verbrennungsprodukte erhitzt werden, wie beispielsweise durch Heißluft von dem gewöhnlichen Regenerativofen, wobei dieser Ofen gleichzeitig dazu dienen kann, den Dampf, welcher für die Erzeugung von Wasserstoff über das Eisen geleitet wird, in einem späteren Stadium zu überhitzen, wie weiter unten beschrieben wird. Um die Erzeugung von Wasserstoff bei der Berührung des Dampfes mit dem Eisen zu erleichtern, kann man nämlich, außer die Retorten oder die das Eisen enthaltenden öfen zu erhitzen, auch den zur Reaktion benutzten Dampf in einem Regenerativofen stark überhitzen. Zweckmäßig findet Eisen in fein verteiltem Zustande Anwendung, es können jedoch auch poröse Stücke benutzt werden. Um das Eisenoxyd in den metallischen Zustand überzuführen und es so für die Wiederverbrennung nutzbar zu machen, kann eine gewisse Menge des während der Aufblaseperiöde beim Wassergasprozeß erzeugten, oder nach einem anderen geeigneten Verfahren hergestellten Generatorgases über das Eisenoxyd bei einer hohen Temperatur geleitet werden, wobei das in jenem Gase enthaltene Kohlenoxyd zusammen mit dem gewöhnlich vorhandenen geringen Teil von Wasserstoff das Eisenoxyd der bekannten Gleichung '

Fe_s O₄ + 4 CO = 3 Fe + 4 CO₂

entsprechend reduziert und der Wasserstoff gleichzeitig zu Wasser verbrannt wird. Wenn man Generatorgas für die Reduktion des Eisens verwendet, so ist es vorteilhaft, das Generatorgas zu überhitzen, da auf diese Weise eine größere Wärme erzeugt und diese in dem das'Eisen enthaltenen Ofen aufgespeichert wird, so daß sie bei der Wasserstofferzeugung wieder benutzt werden kann.

Statt das während der Aufblaseperiode beim Wassergasprozeß erzeugte Generatorgas zur Reduktion des Eisenoxyds zu verwenden, kann auch ein Teil des Wassergases selbst oder das von einem besonderen Generator gelieferte Gas benutzt werden, wobei letzterer vorteilhaft mit Hilfe eines Dampfstrahlgebläses betrieben wird, da eine gewisse Menge

. Wasserstoff bei der Reduktion des Eisenoxyds durch das Kohlenoxyd mitwirkt. Es sei noch erwähnt, daß die im vorstehenden gegebenen Erläuterungen, lediglich als Betriebsbeispiele aufzufassen sind.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines Ofens gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Fig. ι ist eine Schnittansicht, wobei auch einige der Tröge im

ίο Schnitt erscheinen, Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach Linie A-B der Fig. 1.

Das Gehäuse des Ofens besitzt rechteckige Gestalt, ist aus Chamotte hergestellt, welche durch ein äußeres metallisches Gehäuse eingeschlossen wird und besitzt eine gewölbte Decke. Im unteren Teile des Ofens ist ein Einlaß α für gasförmiges Brennmaterial oder für die Zuleitung von heißer Luft u. dgl. vorgesehen. Ein zweiter Einlaß b dient zum Zuführen von

ao Generator- oder Wassergas, um das beim Entstehen des Wasserstoffes gebildete Eisenoxyd zu reduzieren. Beide Zuleitungen sind mit passenden Ventilen c, d ausgestattet, um sie absperren zu können. Selbstverständlich würde eine einzige Zuleitung genügen, es kann jedoch in vielen Fällen vorteilhaft sein, getrennte Zuleitungen für das gasförmige Brennmaterial oder die heiße Luft, und das reduzierende Gas zu haben. Auf dem Boden e des Ofens ist sowohl in der Längswie auch in der Querrichtung eine passende Anzahl gleich weit voneinander entfernter Säulen f angeordnet, welche die Enden der das Eisen aufnehmenden Tröge unterstützen, wenn diese in der später zu beschreibenden Weise übereinander aufgestellt werden. Hierdurch wird im unteren Teile des Ofens eine Verbrennungskammer g gebildet. Eine mit einem Ventil versehene Luftzuleitung h führt von der Seite aus in" die Verbrennungskammer g, während eine Röhre j zum Einleiten von Dampf dient. Zwecks Reinigung des Ofens ist ein mit einem Deckel versehenes Mannloch k vorgesehen.

Die zur Aufnahme des Eisens bestimmten Tröge / bestehen aus Chamotte und haben in der Draufsicht quadratische Form, während sie, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, im Durchschnitt H-förmig sind, d. h. sie sind mit Flanschen oder Lippen versehen, welche ein kurzes Stück über und unter den wagerechten Teil des Troges herüberreichen. Sie dienen als Unterstützungen für die Flanschen des nächst höheren Troges und ermöglichen, daß sich zwischen den übereinander angeordneten Trögen Kanäle für den Durchgang des Dampfes oder der Gase bilden. Die Tröge sind mit Eisen in Pulverform gefüllt und einer auf den andern durch den ganzen Ofen hindurch gesetzt, wobei die Flanschen der untersten Trogreihe auf den Säulen f ruhen.

Die übrigen Tröge werden auf dieser unteren Trogreihe aufgestapelt, wobei jede Reihe durch die Flanschen der unter ihr liegenden Reihe unterstützt wird. Die Chamotteauskleidung an der rechten und linken Seite des Erzeugers ist mit senkrechten Reihen von Tragleisten m ausgestattet, welche von der Vorder- zur Rückseite des Ofens sich erstrecken und dazu bestimmt sind, die Enden der Trogreihen zu unterstützen. Jede Trogreihe ist gegen die folgende versetzt angeordnet. Die linken · Tröge der untersten Reihe werden beispielsweise von der Tragleiste m unterstützt und liegen an der linken Seite dicht an die Wand des Erzeugers an, während die rechten Tröge der untersten Reihe nicht ganz bis zur Wand auf der rechten Seite reichen (Fig. 1). Die rechten Enden der zweiten Trogreihe werden sodann von der rechten Tragleiste m unterstützt und liegen an dieser Seite dicht an die Wand an, während die linken Tröge dieser zweiten Reihe nicht ganz bis zur gegenüberliegenden Wand reichen. In dieser Weise geht die Anordnung weiter bis zur Decke und gestattet, daß die Tröge sich ausdehnen, sobald sie erhitzt werden. Die Endtröge jeder Reihe, welche durch die Tragleisten m unterstützt werden, sind etwas anders geformt, als die übrigen. Ihre Ausbildung ist aus. Fig. 1 ersichtlich, welche einige dieser Tröge im Schnitt zeigt. Die Flanschen oder Lippen dieser Tröge sind entsprechend - der gekrümmten Form der Unterstützungsleisten gekrümmt, und außerdem an der den Leisten zugekehrten Seite mit einer Lippe η versehen, welche von vorn nach hinten sich erstreckt. Sind alle Trogreihen aufgestellt, so' werden der Dampf bezw. die Heiz- oder Reduziergase, welche durch den Generator geleitet werden, durch jede folgende Trogreihe an beiden Seiten des Ofens abwechselnd abgelenkt, so daß sie von der Oberseite der einen Trogreihe zur Oberseite der nächsten Reihe streichen und das Material derselben berühren. Die aneinander stoßenden Lippen oder Flanschen der Tröge bilden senkrechte Wände oder Abteilungen, welche das Innere des Ofens in eine Anzahl unabhängiger Kanäle teilen, und ihn in Zickzackform von vorn nach hinten und vom Boden zur Decke durchziehen. Hierdurch wird eine innige Berührung des Dampfes oder der Gase mit dem in jedem Troge befindlichen Material gesichert, und außerdem eine große Menge der durch die Reaktion des Generatorgases mit dem Eisen entwickelten Wärme aufgespeichert, und für die Wasserstofferzeugung im weiteren Verlauf des Verfahrens nutzbar gemacht, wodurch ein großer Vorteil erreicht wird. Jede Trogreihe ist außerdem vorteilhaft etwas versetzt gegen.

die folgende angeordnet, wie dieses aus Fig. ι ersichtlich ist.

Der Auslaß ο für den Wasserstoff führt zum Rohr ρ, welches den Wasserstoff zu der Stelle leitet, wo er sich mit dem Wassergas für das eingangs erwähnte Gasbereitungsverfahren mischen soll. Das Rohr ρ dient zum Ableiten der Abgase, welche bei der Reduktion auftreten, sobald Generator- oder andere

ίο reduzierende Gase durch den Erzeuger geschickt werden, um das Eisenoxyd zu reduzieren. In den Röhren ρ und q sind Ventile r bezw. s vorgesehen, um sie nötigenfalls absperren zu können. Durch das Ventil r kann die Menge des aus dem Ofen ab-. strömenden Wasserstoffs geregelt werden. Ein durch einen passenden Deckel verschließbares Mannloch t gestattet den Zugang zum Innern des Erzeugers.

Es ist klar, daß wenn der Ofen für die Entwicklung von Wasserstoff benutzt wird, die Troge eine passende Menge metallischen Eisens in fein verteilter Form enthalten müssen. Um das metallische Eisen in fein verteilter Form zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Tröge mit Eisenoxyd zu füllen, und sie in den Ofen einzubringen. Hierauf reduziert man das Oxyd zum Metall, indem man Generator- oder Wassergas hindurchschickt, nachdem dasselbe auf die erforderliche Temperatur erhitzt worden ist. Sobald das Eisenoxyd zu Metall reduziert ist, werden die Ventile c und s, und die Luftzuleitung h geöffnet,, während die Mannlöcher sowie die Ventile d und r geschlossen werden. Hierauf wird Wassergas oder ein anderes gasförmiges Brennmaterial bei hoher Temperatur durch die Zuleitung α zugeführt. Beim Zusammentreffen des gasförmigen Brennmaterials mit der Luft im unteren Teile des Erzeugers, wird ersteres entzündet und die heißen Verbrennungsprodukte steigen durch die Trogreihen aufwärts, wobei sie letztere. auf eine hohe Temperatur bringen und Wärme in der Chamotte der Tröge und der Auskleidung aufspeichern. Sobald. das Innere des Erzeugers so auf hohe Temperatur gebracht worden ist, wird die Gaszuleitung α sowie die Luftzuleitung h und das Ventil s geschlossen, während man das Ventil r öffnet. Hierauf wird vorteilhaft erhitzter Dampf durch das Rohr j zugeführt. Dieser streicht um die Tröge herum, wodurch das Eisen oxydiert wird. Der sich gleichzeitig entwickelnde Wasserstoff entweicht durch das Rohr p.

. Um das Eisen durch Reduktion zu regenerieren, wird das Ventil r, die Zuleitung a und die Luftzuleitung h geschlossen und das Ventil s geöffnet. Hierauf wird durch, die Zuleitung b Generator- oder Wassergas zugeleitet, welches bei seinem Durchgang das Eisen oxyd reduziert, während die Abgase nach einem Schornstein durch das Ventil s entweichen. Falls notwendig, wird der Ofen in der oben beschriebenen Weise vor dem Zuleiten des Generator- oder Was.sergases für die Reduktion des Eisens erwärmt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ofen zur Darstellung von Wasserstoff durch Einwirkenlassen von Dampf auf Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Anzahl einzelner feuerfester Tröge, welche das Eisen in flacher Schicht enthalten, als feuerfeste Füllung derart übereinander innerhalb des Ofengehäuses angeordnet sind, daß sie das Ofeninnere in eine Anzahl, getrennter enger Züge oder Kanäle teilen, welche den Dampf oder die behufs Reduktion des gebildeten Eisenoxyds eingeführten Gase veranlassen, über die flache Eisen- bezw. Eisenoxydschicht hinweg zu strömen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.