DE2045582A1

DE2045582A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Ar beitsgasen für Industrieofen

Info

Publication number: DE2045582A1
Application number: DE19702045582
Authority: DE
Inventors: Roland Chadwick Detroit Mich Crans (V St A )
Original assignee: Holcroft and Co
Current assignee: Holcroft and Co
Priority date: 1969-09-15
Filing date: 1970-09-15
Publication date: 1971-04-29
Also published as: FR2061371A5; JPS4824605B1; GB1282188A; US3644099A

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von Arbeits- und Schutzgasen, wie sie in der Metallurgie im Rahmen von Wärmebehandlungsöfen zur Anwendung gelangen. In der Praxis werden zwei Arten von Gasgeneratoren angewandt, nämlich exotherme und endotherme Generatoren (siehe "Edward C. Bayer, Installation and Operation of Gas Atmosphere Generators", industrial Heating, März I960). Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Industriegasen sind bekannt (USA-Patentschrift 2 589 810 und 2 589 811).

Die Erfindung bezieht sich nun auf Gasgeneratoren, die die Herstellung von Gasen verschiedener Zusammensetzung gestatten. Die erfindungsgemäßen Generatoren lassen sich exotherm und endotherm.betreiben und sind gegebenenfalls in der Lage, gleichzeitig

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mehr als eine Gasart zu erzeugen. Bei den in Rede stehenden Gasen kann es sich beispielsweise um Standardgase nach der American Gas Association AGA 101, 501 oder 302 handeln, deren Zusammensetzung im folgenden angegeben ist.

CO₂ 10,8

AGA	AGA	AGA
101	501	302
86,8	63,0	40,0
	20,0	20,0

17,0 40,0

H₂O . 2,4

100,0 100,0 100,0

Die Erfindung wird an den Figuren näher erläutert· Pig. 1 zeigt ein Fließschema des Gasgenerators.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Steuerteile aus der Vorrichtung der Fig. 1 in verschiedenen Stellungen.

Fig. 4 zeigt ein Verteilerkreuz und Fig. 5 die Mischstufe für die Gase.

Bei oberflächlicher Betrachtung desSchemas der Fig. stellt man fest, daß der allgemeine Aufbau ähnlich ist dem in der oben genannten Veröffentlichtung beschriebenen "Holcroff-Gaskonverter ·. Eine Betriebsführung im Sinne der amerik. ~

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Patentschrift 2 589 810 ist möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich jedoch konstruktiv von diesen bekannten Vorrichtungen und besitzt eine weitergehende Variationsmöglichkeit und Anwendbarkeit. So gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Einstellung auf die Herstellung der oben bestimmten Standardgase und in manchen Fällen sogar die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl derartiger Gase.

Nach der Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der ünmantelung 10 eine Retorte 12, die sich innerhalb der Brennkammer 11 befindet und mit einem Katalysator 13 gefüllt ist. Diesem eigentlichen Gasgenerator ist ein Waschturm 14 über den Stutzen 15 zugeordnet, so daß die Verbrennungsgase aus der Kammer 11 in den Waschturm 14 eintreten können. Ein .handelsübliches brennbares Gas wird über die Speiseleitung 16 und die Pumpe 17 zusammen mit Luft über die Ansaugleitung 18 mit dem Dosierventil 19 in geregelten Mengenverhältnissen in die Brenner 20 für den Generator eingeleitet. Die Verbrennungsprodukte dienen zur Aufheizung der Katalysatormasse 13 innerhalb der Retorte 12 in der Kammer 11. Aus dieser.entweichen die Verbrennungsgase über den Stutzen 15, gelangen in den Waschturm 14, worin ""abgekühlt werden und der bei der Verbrennung des Brenngases entstehende Wasserdampf kondensieren kann. Das Abgas verläßt den Waschturm 14 bei 21. An diesem Punkt besteht es in der Hauptsache aus Stickstoff und Kohlendioxid sowie einer geringen Wasserdampf menge.

Im Sinne der amerikanischen Patentschrift 2 589 881 kann ein Teil des den Waschturm 14 verlassenden Abgases mit frischem Kohlenwasserstoffgas vermischt und dem Katalysator in der Retorte zugeführt werden. Das Kohlenwasserstoff gas tritt bei 22 ein und wird mit dem den Turm 14 bei

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21 verlassenden Abgas vermischt. Das Gasgemisch durchströmt die Leitung 23 und wird mit Hilfe der Pumpe 24 über 25 der Retorte 12 zugeleitet. An dem heißen Katalysator Ϊ3 wird das Gasgemisch zu einem Industriegas im wesentlichen enthaltend Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff umgesetzt . . Dieses wird dann im Gaskühler 26 abgekühlt und über die Leitung 27 der Verwendung zugeführt. Die bisher beschriebene Anlage entspricht dem Stand der Technik_B Auch ist es üblich, Abgas aus dem Turm l4 über eine Zweigleitung 28 und die Ausblasleitung 29 austragen zu können. Das den Waschturm verlassende Abgas besitzt eine Zusammensetzung idie für manche metallurgischen Prozesse geeignet ist. Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, jeden Überschuß von Gas, das für die katalytische Reaktion nicht benötigt wird,verfügbar zu machen, anstelle es nur in den Schornstein zu leiten. Demzufolge ist die erfindungsgemäßen Anlage mit einer zweiten Zweigleitung 30 an dem Austritt 21 der Abgase aus dem Waschturm l4 versehen, so daß Gas nicht über die Häuptleitung 31 mit Hilfe der Pumpe 24 gefördert werden muß, sondern auch über das Regelventil 32 einer Gasversorgung 33 zugeführt werden kann. So wird nur das überschüssige Gas, welches weder für die katalytische Reformierung noch für die direkte Verwendung benötigt wird,über 28, 29 abgeblasen. · Wie aus dem folgenden hervorgeht, hat die zweite Zweigleitung 30 noch weitere Punktionen.

Aus der Hauptleitung 31 für die Abgase aus dem Waschturm

diese
14 gelangen über den Hauptkanäl 34 in die Gemischleitung 23. Dieser Kanal ist mit einem Nebenkreis 35 versehen, in welchem sich ein Dosierventil 36 befindet. Die Speiseleitung 22 für das Kohlenwasserstoffgas besteht ebenfalls aus einem Haupt-Kanal 37 zu der Gemischleitung 23 und weist den Nebenkreis auf. Die Leitungen 34, 37 und 23 sind über ein Zweiweg-Ventil

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miteinander verbunden. Der Nebenkreis 38 weist eine Öffnung 38 a und ein-. Absperrventil 40 auf. In der Leitung 37 befindet sich ebenfalls ein Absperrventilen.

In das Zweiweg-Ventil 39 mündet auch die Leitung 42 mit dem Hauptkanal 43 und der Eintrittöffnung 44 für Luft. Diese Leitung hat einen Nebenkreis 45 mit Dosierventil 46«

Es wird darauf hingewiesen, daß die Regel- und Steuer- "

en
einheit/ bestehend aus den Ventilen 39· 40, 46 in Zusammen-

■ wirkung mit den Leitung 38» 42, 43» 45 neu sind und sich von den bekannten Generatoren unterscheiden. Die Anwendung dieser neuen Teile und ihre Zusammenwirkung mit den anderen Bauteilen des Gasgenerators führt zu der erfindungsgemäßen verbesserten Anlage«. Durch einfache Bedienung der Ventile kann der erfindungsgemäße» Generator schnell auf die Erzeugung einer Vielzahl unterschiedlich zusammengesetzter Gase, wie sie in metallurgischen Öfen benötigt werden, eingestellt werden.

Die Stellung der Ventile in der Fig. 1 ist derart, daß der Generator im Sinne der amerik. Patentschrift 2 589 betrieben werden kann. Das Ventil 4l ist geöffnet, das Ventil 40 geschlossen, Ventil 39 verbindet die Leitungen 34, 37,23. Bei dieser Ventilstellung strömen die Abgase aus dem Waschturm l4 über 21, 31» 34, 39 in die Qemjschleitung 23. Das Kohlenwasserstoffgas aus der Speiseleitung 22 über Ventil * 21, Leitung 37, Ventil 39 gelangt ebenfalls in die Gemischleitung 23. Das eingestellte Gemisch dieser beiden Gase tritt in die Retorte 12, in der an dem heißen Katalysator die Umsetzung stattfindet. Das Arbeitsgas verläßt die Retorte nach Kühlung über die Leitung 27 und kann dem metallurgischen Ofen zugeführt werden.

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Auf diese Weise läßt sich ein Standardgas AGA 501t wie oben angedeutet, enthaltend 20 % C 0, Π % Hg₁ Rest N₂ herstellen« Bei normalem Betrieb des Generators im Sinne der Fig. 1 fallen am Waschturm 3Λ bei 21 überschüssige Mengen an Abgasen an. Diese Gase lassen sich auf beliebige Weise durch Öffnen des Ventils 32 nutzbar machen. Was nicht verwertet werden kann,wird über 29 abgeblasen.

Fig. 2 zeigt nun eine andere Variante der Gasführung, wobei das Ventil 4l geschlossen und die Ventile 39 und 40 in der in Fig. 1 gezeigten Position bleiben. Bei dieser Variante wird lediglich das Abgas aus dem Waschturm durch die Katalysatorretorte im Kreis geführt und bei Leitung 27 ein Arbeitsgas in etwa der Zusammensetzung entsprechend AGA 101 ausgetragen. Dieses Gas ist nicht für* alle metallurgischen Prozesse brauchbar.Es die nt im wesentlich zur Verdrängung der Luft aus einem Ofen, so daß die spätere Zugabe eines brennbaren Gases keine Gefährdung darstellt. Mit der erfindungsgemäßen Anlage läßt sich nun ein Ofen beliebig lang mit nicht brennbarem Gas ausspülen, gleichzeitig kann überschüssiges nicht brennbares Gas für andere Zwecke über die Leitung 33 abgezogen werden. Isttier Ofen nun ausreichend gespühlt, so kann man das Ventil 41 wieder öffnen, so daß die Strömungsverhältnisse, wie sie in Fig.l gezeigt sind, wieder vorliegen. Es wird also wieder ein reduzierendes Arbeitsgas erzeugt.

Fig. 3 zeigt nun eine weitere Variante der Ströungsverhältnisse. Das Zweiwegventil 39 schaltet nun die Gemischleitung 23 von dem Kanal 3^ ab und verbindet sie mit der Luftzuführung 44, 431 so daß in der Gemischleitung 23 ein Gasgemisch aus Luft undKohlenwasserstoff, welcher über die Speiseleitung 22 zugeführt wird, strömt. Da das Ventil 40 im Nebenkreis ebenfalls offen ist, kann Kohlenwasserstoffgas durch den Nebenkreis 38 strömen und damit der Kohlenwasser-

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stoffanteil gegenüber dem Luftanteil vergrößert werden. Durch Einstellung eines vorbestimmten Mengenanteils mit Hilfe der Öffnung 38 a (Stauscheibe) läßt sich ein Standardgas AGA 302 mit einem höheren Wasserstoffgehalt als AGA herstellen. Gleichzeitig werden die Verbrennungsprodukte (AGA 101) über die Leitung 33 verfügbar, da ja zur Aufbringung der Wärmeenergie für die Beheizung des Katalysators die Brenner 20 brennen müssen, selbst dann, wenn die Abgase in der Retorte 12 nicht benötigt werden im Rahmen der Herstellung eines Gases der Art AGA 501· Bei dieser Verfahrensvariante sind die Abgase aus der Brennkammer durch das Ventil 39 vom Kreislauf über 3^, 23 abgeschaltet.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Ventil 39 und ^K) hinsichtlich ihrer Stellung zueinander immer die gleiche Position,wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, aufweisen. Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die mechanische Koppelung der Ventile 39t ^O, wie dies schematisch durch 50 angedeutet ist, so daß sie gleichzeitig bewegt werden und ihre gegenseitige Lage aufrecht&tterhalten.

Bei der oben beschriebenen Anlage ist es notwendig, bestimmte Luft- und Brennstoffmengen in bekannter Weise zu dosieren. Diese Dosierung kann durch Kapillaren oder Stauscheiben oder Dosierventile erfolgen, wie dies in den Figuren angedeutet ist. Nach Fig. 1 sind die Dosiervorrichtungen für die Abgase in Leitung 3^, 35 und das Kohlenwasserstoffgas in Leitung 37t 38 vorzugsweise derart, daß in der Gemischleitung 23 mit Hilfe der Pumpe Zk der Katalysatorretorte ein Gasgemisch zugeleitet wird, welches 7,53 Teile Abgas und 1 Teil Kohlenwasserstoffgas enthält. Aus einem solchen Gasgemisch erhält man nach der katalytischen Konvertierung ein Gas nach den Vorschriften AGA 501.

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Unter den in Fig. 3 gezeigten Bedingungen hinsichtlich der Ventilstellungen in der Luftleitung kZ und in der Kohlenwasserstoff gasleitung 37 erhält man ein Standardgas AGA 302, wenn mit einem Mischungsverhältnis 2,5 Teile Luft und ein Teil Kohlenwasserstoff-Brennstoff gearbeitet wird.

Im Sinne der in Fig. 2 gezeigten Verfahrensvariante' kann man aus der Leitung 27 das Abgas des Waschturms 14 als exothermes, nicht brennbares Gas des Standards AGA 101 gewinnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet nun durch Einstellung der Ventile in der geeigneten Art die Erzeugung verschiedener Gasarten, wie oben bereits angedeutet,anhand der Standardgase AGA 101 als nicht brennbares Gas, welches als Spülgas angewandt werden kann. Andererseits gelingt die Herstellung eines Standardgases AGA 501 gleichzeitig mit AGA 101 bzw. von AGA 302 gleichzeitig mit AGA 101.

Anstelle des Zweiweg-rVentils 39 kann man auch die in Fig. k gezeigte Anordnung anwenden. Die 3 Leitungen 3^i 37ι ^2 für Abgas, Kohlenwasserstoffgas und Luft vereinigen sich zu der Gemischleitung 23, die Gase werden durch die Ventile 51»52, 53 in den drei genannten Zuführungsleitungen dosiert. Selbstverständlich kann man andere Ventile oder Dosiervorrichtungen anstelle der gekoppelten Ventile 39, 40 anwenden.

Wie oben bereits erwähnt, dient die Gasleitung 33 zur Verteilung des Gases AGA 101 ι über die Leitung 27 kann man das Gas AGA 302 oder 501 je nach Ventilstellung erhalten. Mit einer Gaserzeugeranlage können mehrere Öfen bedient worden. Auch können zu einem Ofen verschiedene Gaszuführungen vorgesehen werden. Dieslgeschieht durch übliche Verteiler-

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leitungen und dergleichen·

Fig. 5 zeigt nun eine Installation zur Mischung der verschiedenen Gase, um für die verschiedenen Öfen die entsprechenden Gaszusanimensetzungen zu erhaltene Die Abgasleitung 33 führt in eine Hauptleitung 5^» die Leitung 27 geht über in Leitung 55· Zwischen den Leitungen 27 bzw. und 5^ befinden sich Verteilerleitungen 56,51 % 58 mit den Ventilen 59, 60, 6l und den Öffnungen 62» 63, 6^- sowie den Verteilerleitungen 66, 671 68 mit Ventilen 69, 7o, 71 und den Öffnungen 72, 73» 7^· Diese Verteilerleitungen münden in den Ofenleitungen 75» 76, 77* Bei den genannten Öffnungen handelt es sich offensichtlich um Stauscheiben oder Dosierblenden, mit Hilfe derer die gewünschten Gasgemische aus den reinen Gasen AGA 101, 302 501 in beliebiger Zusammensetzung erhalten werden können.

Patentansprüche

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Claims

P atentansprüche

1· Vorrichtung zur Erzeugung von Arbeitsgasen für metallurgische Wärmebehandlungsöfen enthaltend eine Verbrennungskammer, eine Retorte, die in Wärmekontakt mit der Verbrennungskammer steht, Zuleitungen für gasförmigen Brennstoff und Luft zu der Kammer, Verbindungsleitungen für das Verbrennungsgas zu einem Waschturm, in dem die Hauptmenge des gebildeten Wassers kondensiert wird, sowie Ableitung des Abgases, Zuführung von Kohlenwasserstoffgas und Luft, Gemischleitung in Verbindung mit den 3 Speiseleitungen, einen Katalysator innerhalb der Retorte zur Umwandlung der Gase, Gasaustragleitung aus der Retorte, Zweigleitung aus dem Waschturm an die Atmosphäre und eine 2. mit einem Ventil versehene Zweigleitung und Verbindung mit dem Waschturm sowie Ableitungen, um überschüssiges Verbrennungsgas wieder in die Retorte rückzuleiten.
2. * Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen für Verbrennungsprodukte, Kohlenwasserstoffgas und deren Gemischleitung über ein Zweiwegventil verbunden sind·
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch 'gekennzeichnet, daß das Zweiwegventil eine 4. Leitung zur Verbindung mit der Atmosphäre aufweist und in seiner 2. Stellung die Speiseleitung der Verbrennungsprodukte abschaltet und die Speiseleitung von Luft mit der Gemischleitung verbindet.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 31 dadurch .gekennzeichnet! daß die Kohlenwasserstoffgas-Speiseleitung mit einem Ventil ausgestattet ist zur Vergrößerung der Speiseleistung zu dem Zweiwegventil.
5» Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Ventile zu paralleler Bewegung gekoppelt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer in welcher Brennstoff und Luft abgebrannt werden sowie eine mit Katalysator gefüllte Retorte, die durch die Verbrennung beheizt wird.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e kennzeichne t , daß die Brennkammer ein 1* Gas enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid! Wasserdampf und Stickstoff enthält, dieses nach Auswaschen der Hauptmenge des Wasserdampfes zumindest teilweise zusammen mit gasförmigem Kohlenwasserstoff-Brennstoff zur katalytischen Umsetzung durch die Retorte geführt wird, wo ein 2. Gas bestehend im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff gebildet wird.

JB. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß Luft und Kohlenwasserstoffgas zur katalytischen Umsetzung durch die Retorte geführt werden, wobei das Umsetzungsverhältnis so eingestellt ist, daß ein

3. Gas,enthaltend etwa ^O % H₂, 20·# CO, Rest Ng,entsteht.

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