DE2232656B2 - Spaltgasgenerator zur erzeugung eines brenngases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spaltgasgenerator zur Erzeugung eines Brenngases aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff in Verbindung mit einem primären Sauerstoffträger. Bei dem Spaltgasgenerator schließt sich an eine Mischzone stromab der Mischzone ein Katalysatorbett an, das über den Querschnitt der Reaktorkammer gleichmäßig verteilt ist.

Aus der US-PS 17 95 037 ist ein Spaltgasgenerator bekannt, bei dem flüssiger Brennstoff mit Primärluft am Eingang einer Reaktorkammer mittels einer Düse vermischt und vernebelt wird und das Gemisch anschließend erhitzt und über ein Katalysatorbett aus poröser Aktivkohle geleitet wird. Am Katalysator wird der flüssige Brennstoff teilweise gespalten und zu einem gasförmigen Brenngas (Spaltgas) umgesetzt, das mit Sekundärluft vermischt und einer Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Im allgemeinen wird keine derart gleichmäßige Vermischung erreicht werden können, daß das Katalysatorbett nicht einerseits an manchen Stellen mit einem sauerstoffreicheren Gemisch beaufschlagt würde, das dort unter starker Hitzeen(wicklung und sogar Flammenbildung weitgehend verbrannt würde, während an anderen Stellen des Katalysatorbettes ein sauerstoffarmes Gemisch bei niedrigen Temperaturen unter Umständen unter Rußbildung nur anoxidiert würde. Das führt zu einer ungünstigen Zusammensetzung des erzeugten Spaltgases, andererseits kann ein temperaturempfindliches Katalysatorbett geschädigt werden. Ferner besteht die Gefahr, daß im Mischraum Wirbel- und Toträume entstehen, die bevorzugte Flammräume darstellen und ein Rückschlagen der Umsetzung in den Mischraum begünstigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Vorrichtung zur Umsetzung von Kohlenwasserstoff mit einem primären Sauerstoffträger die der Umsetzungszone vorgelagerte Mischzone derart auszugestalten, daß eine besonders innige Vermischung der Ausgangskomponenten möglichst nahe an der Umsetzungszone erreicht wird und daß die Möglichkeit einer Rückzündung weitgehend ausgeschlossen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem Spaltgasgenerator der eingangs angegebenen Art die Mischzone venturiartig ausgebildete, in Strömungsrichtung des Kohlenwasserstoffes verlaufende, stromab divergierende Einzelströmungskanäle aufweist, an deren Engstellen Eintrittsöffnungen für den primären Sauerstoffträger vorgesehen sind.
Anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele und mehrerer Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

In der Fig. 1 ist im Längsschnitt und in Fig.2 im Querschnitt II —II schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit quadratischem Querschnitt dargestellt. In einem gemeinsamen Gehäuse 10 ist eine Mischzone 11 und eine Umsetzungszone 12, die ein Katalysatorbett 22 enthält, angeordnet. Durch eine Einspritzdüse 13 wird in die Mischzone U Brennstoff eingebracht.

Innerhalb der Mischzone 11 sind mehrere Rohre 14 parallel zueinander und senkrecht zur Strömungsrichtung des Kohlenwasserstoffs angeordnet. Die Rohre 14 dienen zur Zuführung eines als Sauerstoffträger dienenden Gases zum Kohlenwasserstoff. Hierzu ist

J5 eine Leitung 15, eine Kammer 16, die seitlich an der Vermischungszone 11 angebracht ist und von der die Rohre 14 ausgehen, und Öffnungen 17 vorgesehen, durch die das als primärer Sauerstoffträger dienende Gas in die Mischzone eintritt. Die Rohrwandungen der Rohre 14 sind im Anschluß an die Eintrittsöffnungen 17 als ebene Flächen 19 ausgestaltet, die als Gasleitflächen sich bis in die Nähe der Umsetzungszone 12 erstrecken und den durch die Rohre 14 verengten Strömungsquerschnitt des Kohlenwaserstoffs stetig erweitern.

Die Zwischenräume zwischen den Rohren 14 bilden damit venturiartig ausgebildete stromab divergierende Einzelströmungskanäle, wobei die Eintrittsöffnungen für den primären Sauerstoffträger anderen Engstellen angeordnet sind. Um den Sauerstoffträger gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt zu verteilen, sind die Eintrittsöffnungen rasterartig gleichmäßig über die Querschnittsfläche verteilt. Der Sauerstoffträger wird dabei durch die Kammer 16 und die Rohre 14 senkrecht zur Strömungsrichtung des Kohlenwasserstoffs in die Mischzone geleitet und in den Kohlenwasserstoffstrom eingedüst. Das im Katalysatorbett 22 erzeugte Spaltgas verläßt die Vorrichtung durch eine Rohrleitung 20 und kann z. B. nach Zuführung von Sekundär-(verbrennungs-)Luft dem Motor eines Kraftfahrzeuges zuge-

«) führt werden.

Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung, d. h. in der Anfahrphase, wird in die Mischzone 11 mittels der Einspritzdüse 13 Benzin eingebracht und gleichzeitig durch eine öffnung 21 Luft. Das Benzin/Luft-Gemisch

h5 wird mittels einer in der Mischzone angeordneten Glühkerze 18 gezündet. Nach der Zündung wird die Glühkerze wieder abgeschaltet. Durch die öffnung 21 wird dabei der Mischzone solange Luft zugeführt, bis die

Anspringtemperatur des Katalysators in der Umsetzungszone 12 erreicht ist. Danach wird die Luftzufuhr 21 unterbrochen und der Mischzone durch die Rohre 14 der primäre Sauerstoffträger, z. B. Luft und/oder Abgas, zugeführt. Durch die Rohre 14 kann auch schon während der Anfahrphase Luft zugeführt werden. Es genügt auch, die Luft ausschließlich durch die Rohre 14 zuzuführen. In diesem Fall muß die Zündvorrichtung in der Mischzone allerdings in der Nähe der Umsetzupgszone angebracht sein.

Die Umsetzungszone weist als Katalysatormaterial vorteilhaft mit Katalysator getränkte poröse Sintersteine 22 aus Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid bzw. aus Magnesium-Aluminium-Silikat auf, die mit einer Vielzahl von annähernd parallel zueinander angeordneten Durchtrittskanälen 23 für das Gasgemisch bzw. das entstehende Spaltgas versehen sind. Diese Sintersteine weisen vorteilhaft bei einer Querschnittsfläche von etwa 80 χ 80 mm eine Dicke von etwa 15 mm auf und sind im gegenseitigen Abstand von etwa 5 mm hintereinander angeordnet. Diese Bauweise ermöglicht es, Spaltgasgeneratoren derart zu miniaturisieren, daß sie sich für die Verwendung in Kraftfahrzeugen gut eignen. Insbesondere kann mit derartigen Spaltgasgeneratoren ein besonders schadstoffarmer Betrieb von Brennkraftmaschinen erreicht werden.

Als Katalysator kann ein Nickelkatalysator verwendet werden. Der Katalysator ist so beschaffen, daß er die Umwandlung des Brennstoffes in ein Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und/oder Wasserstoff enthaltendes Spaltgas ermöglicht. Der Vorteil des entstehenden Spaltgases, das als brennbare Bestandteile insbesondere Kohlenmonoxid, Methan und/oder Wasserstoff enthält, liegt darin, daß der Brennkraftmaschine ein Brennstoff mit einer hohen Octanzahl von über 100 zugeführt wird (etwa im Bereich von 110). Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine mit einem klopffesten Brennstoff betrieben werden, ohne daß schädliche Stoffe in Kauf genommen werden müssen.

F i g. 3 zeigt einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem kreisförmigen Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform werden die Einzelströmungskanäle von den Wandungen ringförmiger Rohrelemente 30, 31 und 32 gebildet, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und mit radial verlaufenden Verbindungsleitungen 33, 34 versehen sind. Weiterhin sind die Rohrelemente zur Zuführung verschiedener als Sauerstoffträger dienender Gase vorteilhaft mit verschiedenen Kammern verbunden. Das Rohr 30 ist über die Verbindungsleitung 33 mit der Kammer 35 für Luft verbunden, während die Rohre 31 und 32 über die Verbindungsleitung 34 mit einer Kammer 36 für Abgas verbunden sind. Durch die Eintrittsöffnungen 37 bzw. 38 treten Luft und Abgas in die Mischzone 39 ein, wo sie mit dem vergasten, verdampften oder versprühten Brennstoff vermischt werden.

Die Ausführungsform nach Fig.4 weist ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt auf. Bei dieser Ausführungsform dient ein spiralförmiges aufgerolltes Rohr 40 zur Zuführung des als SauerstoHträger dienenden Gases zur Mischzone 41, so daß die von den Wandungen der einzelnen Rohrwindungen gebildeten Einzelströmungskanäle auf einer Spirale senkrecht zur Strömungsrichtung liegen. Das Rohr 40 ist mit Eintrittsöffnungen 42 versehen.

Durch die Erfindung wird bei Spaltgasgeneratoren zur Speisung von Brennkraftmaschinen eine innige und gleichmäßige Vermischung der Ausgangskomponenten erreicht und eine laminare Strömung mit geringen Turbulenzen geschaffen, wodurch die Gefahr der Rückzündung des brennbaren Gemisches aus der Umsetzungszone in die Mischzone ausgeschlossen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Speisung von Industrie- und Haushaltsbrennern dienen. Das in der Umsetzungszone der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte brennbare Gas kann darüber hinaus als Reduktionsgas Verwendung finden, beispielsweise bei metallurgischen Prozessen, insbesondere in Industriebrennern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Spaltgasgenerator zur Erzeugung eines Brenngases aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff in Verbindung mit einem primären Sauerstoffträger, bei dem an eine Mischzone über den Querschnitt der Reaktorkammer gleichmäßig verteilt stromab der Mischzone ein Katalysatorbett anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone (11) venturiartig ausgebildete, in Strömungsrichtung des Kohlenwasserstoffes verlaufende, stromab divergierende Einzelströmungskanäle aufweist, an deren Engstellen Eintrittsöffnungen (17) auf den primären Sauerstoffträger vorgesehen sind.

2. Spaltgasgenerator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der venturiartig ausgebildeten Einzelströmungskanäle von parallel zueinander verlaufenden, Rohrelementen (14) gebildet sind.

3. Spaltgasgenerator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der venturiartig ausgebildeten Einzelströmungskanäle von ringförmigen Rohrelementen (30, 31, 32), die konzentrisch zueinander angeordnet sind, gebildet sind.

4. Spaltgasgenerator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelströmungskanäle auf einer Spirale (41) senkrecht zur Strömungsrichtung liegen.

5. Spaltgasgenerator nach den Patentansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen für den Sauerstoff unterschiedlicher Einzelströmungskanäle an verschiedene Zuleitungen (35,36) angeschlossen sind.