DE2439872A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von wasserstoffreichem gas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von wasserstoffreichem gas

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DE2439872A1
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John Houseman
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US Department of Health and Human Services
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Description

Die Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika, vertreten durch National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von wasserstoffreichem Gas
Die Erfindung bezieht sich auf Erzeuger von wasserstoffreichem Gas und insbesondere auf Verbesserungen derselben.
In einer gleichzeitig angemeldeten deutschen Patentanmeldung ("Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen wasserstoffreichen Gases") ist ein Erzeuger wasserstoffreichen Gases vorgeschlagen, welcher eine Kammer enthält und bei welchem Luft und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff in ein Ende dieser Kammer injiziert werden, in welcher sie miteinander vermischt und anschließend gezündet werden, damit durch Teiloxidation sehr heiße Verbrennungsgase geschaffen werden. Diese Gase bewegen sich aus dem Zündbereich weg zu einem weiteren Bereich in der Kammer, in welchen Wasser injiziert wird, das durch die heißen Verbrennungsgase in Dampf verwandelt wird. Entweder gleichzeitig mit der Injektion von Wasser oder anschlies-
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send daran wird weiterer Kohlenwasserstoff-Kraftstoff injiziert. Der gebildete Dampf vermischt sich mit den vorhandenen heißen Gasen und es findet eine Dampf-Reforming-Reaktion (DampfSpaltungsreaktion) mit dem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff statt, damit ein wasserstoffreiches Gas erzeugt wird.
Diese vorgeschlagene Anordnung erzeugt zwar wasserstoffreiche Gase, bei ihr besteht jedoch die Tendenz zur Bildung von Kohlenstoff. Da einer der Zwecke des Wasserstofferzeugers darin besteht, Wasserstoffgas zu erzeugen, welches in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, ist das Vorhandensein des Kohlenstoffs, der erzeugt wird, unerwünscht, da durch ihn das Ansaugsystem des Verbrennungsmotors verstopft wird.
Außerdem hat es sich herausgestellt, daß die erzielte Ausbeute an wasserstoffreichem Gas nicht die erwartete Größe hatte, und zwar wegen der Wärmeverluste, die der Wasserstofferzeuger vor dem Stattfinden der Dampfspaltungsreaktion aufgrund der Abstände zwischen den Injektionsstellen hat.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens und einer neuen Vorrichtung zum Minimieren der Kohlenstofferzeugung eines Erzeugers von wasserstoffreichem Gas des beschriebenen Typs.
Weiter ist Ziel der Erfindung ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergrößern des Wasserstoffgehalts in dem von einem Erzeuger des beschriebenen Typs abgegebenen wasserstoffreichen Gas.
Die genannten und weitere Ziele können gemäß der Erfindung erreicht werden, indem die zugeführte Luft vorgewärmt wird, anschließend zerstäubtes Wasser in den vorgewärmten Luftstrom injiziert wird, danach eine weitere Vorwärmung vorgenommen wird und schließlich das resultierende Dampf-Luft-Gemisch in die Flammzone eingeleitet wird. Eine Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, das Wasser zu zerstäuben und direkt in die Flammzone einzuleiten.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, das Wasser als eine Emulsion von Wasser und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff direkt in die Primärflammzone einzuleiten.
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Als ein Ergebnis des Einleitens sämtlicher erforderlichen Bestandteile in die Flaminzone und in keine sonstige Zone ergibt sich die Beseitigung der Kohlenstoffbildung sowie der Notwendigkeit, eine Sekundärkohlenwasserstoffinjektion zu verwenden, da der gesamte benötigte Kohlenwasserstoff durch die Primär- oder Hauptkraftstoffdüse in den Wasserstofferzeuger eingeleitet wird.
Die Erfindung schafft also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von wasserstoffreichem Gas aus flüssigem Kohlenwasserstoff und Wasser unter Verwendung des Teiloxidations-Dampf-Reforming(Spaltungs)-Prozesses.
Die hier beschriebene Erfindung wurde bei der Ausführung von Arbeiten unter einem NASA-Vertrag gemacht und unterliegt den Bestimmungen von Section 305 des National Aeronautics and Space Act von 1958, Public Law 85-568 (72 Stat. 435; 42 USC 2457).
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 im Schnitt eine Ausführungsform des Erzeugers nach der Erfindung, wobei Dampf außerhalb desselben erzeugt wird,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Erzeugers nach der Erfindung, die zeigt, wie Dampf innerhalb des Erzeugers erzeugt werden kann,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4 eine Schnittansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, . ~
Fig. 5 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der AnIaß- und Abschaltfolgen des Erzeugers.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen verbesserten Wasserstofferzeuger nach der Erfindung. Dieser hat eine glockenförmige Kammer 10 mit einer Außenwand 12 und mit einer mit Abstand von derselben angeordneten Innenwand 14; zwischen diesen Wänden ist eine Wärmeisolation 16 angeordnet. Mit Abstand von der Innenwand 14 ist noch eine weitere Wand 18 vorgesehen, die gemeinsam mit der Innenwand 14 einen Luftdurchlaß bildet.
Luft aus einer Pumpe oder einem Verdichter (nicht dargestellt) wird in den Luftdurchlaß mittels eines Einlaßrohres 20 eingeleitet. Die Innenwand 18 umgibt den heißen Bereich des Wasserstofferzeugers und deshalb wird die durch den Luftdurchlaß strömende Luft vorgewärmt. Die vorgewärmte Luft strömt in ein Rohr 22, welches mit einer Kammer 24 in Verbindung steht, in welche mittels einer Sprühdüse 26, die mit einer nicht dargestellten Wasserpumpe verbunden ist, ein Wassersprühnebel eingeleitet wird.
Der Wassersprühnebel wird in der Kammer 24 in Dampf umgewandelt. Die Kammer 24 leitet das Gemisch aus Dampf und Luft durch ein Rohr 26 zurück in einen Bereich des Wasserstofferzeugers, in welchem eine Vielzahl von Rohren 28 mit Abstand von einander so angeordnet sind, daß ein Wärmeaustauscher gebildet ist.Diese Rohre 28 leiten das wasserstoffreiche Gas, nachdem es erzeugt worden ist, zu einer Auslaßkammer 46, von welcher aus das Gas durch ein Rohr 30 zur Verbraucheranlage geleitet wird, bei welcher es sich beispielsweise um einen mit diesem Rohr verbundenen Verbrennungsmotor handeln kann.
Das Dampf-Luft-Gemisch zirkuliert durch die Rohr-Baffle-Anordnung, wird dadurch weiter aufgeheizt und dient zum Herunterkühlen des wasserstoffreichen Gases, welches durch die Rohre hindurchgeht. Das Dampf-Luft-Gemisch wird dann aus der Rohr-Baffle-Anordnung mittels Kanälen 32, 34 durch eine Anordnung von Wirbelleitblechen 36 hindurch in einen Bereich des Reaktors geleitet, in welchem eine Teiloxidation des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes, der ebenfalls in diesen Bereich eingeleitet wird, stattfindet. Gleichzeitig mit der Teiloxidationsreaktion erfolgt die Dampfspaltung.(DampfrReformierung),
Es ist zu beachten, daß es sich bei dem, was in den Teiloxidationsbereich
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durch die Wirbelleitbleche 36 hindurch eingeleitet wird, um ein Gemisch von Luft und Dampf handelt, das durch das Vorhandensein dieser Leitbleche 36 verwirbelt wird.
Ein Ende eines Rohres 38 ist mit einer nicht dargestellten Kohlenwasserstoff-Kraftstoffpumpe verbunden, während das andere Ende dieses Rohres flüssigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff in Form eines Sprühnebels in den Teiloxidationsbereich einleitet. Wegen der durch die Luftverwirbelungsbleche 36 erzeugten Verwirbelung erfolgt eine ausgezeichnete Vermischung des Dampf-Luft-Gemisches und des Kraftstoffes. Das Gemisch wird durch einen heißen Draht oder einen Funkenzünder 40 gezündet. Die Relativmengen von Luft, Kraftstoff und Wasser sind so groß, daß eine Teiloxidation und Dampfspaltung des Kohlenwasserstoffes stattfindet, während gleichzeitig die Bildung von Kohlenstoff vermieden wird. Zur Erläuterung der Erfindung, ohne daß darunter eine Einschränkung zu verstehen ist, sei angegeben, daß Kohlenwasserstoff-Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 7,6 Ltr./h (2 gällons/h) zugeführt wurde. Luft
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wurde unter einem Druck von 0,14 kp/cm bis 0,35 kp/cm (.2 bis 5 psi) zugeführt. Es wurde ein Wasser!Brennstoff-Verhältnis zwischen 0,5 und 1,2 verwendet.
Das Vorhandensein von Dampf unterstützt das Unterdrücken der Bildung von Kohlenstoff beträchtlich. Die Verbrennung erfolgt unter kraftstoffreichen Bedingungen mit Dampfverdünnung und mit davon begleiteter niedriger Flammtemperatur, so daß sehr wenig Stickstoffoxid erzeugt wird. In Anbetracht der Art des Einlei tens des Kraftstoffes und des Luft-Dampf-Gemisches wird eine Wirbel flamme mit einem hohen Turbulenzgrad erzeugt, wodurch das sorgfältige Vermischen der Luft, des Dampfes und des Kraftstoffes unterstützt und die Flammenstabilisierung gefördert wird.
Die Teiloxidationsreaktion wird faktisch innerhalb des Raums 42 abgeschlossen, der durch einen offen Zylinder 44 gebildet ist, welcher in der Nähe des Bereiches, in welchem der Kraftstoff und der Dampf eingeleitet werden, abgestützt ist. Die Dampfspaltung erfolgt jedoch innerhalb des Teiloxidationsbereiches 42 und außerdem in dem Ringraum, welcher sich zwischen den Wänden 18 und den Zylinderwänden 44 befindet. Der Ringraum zwischen den Wänden 18 und den Zylinderwänden 44 dient außerdem dazu, den Raum 42 innerhalb des Zylinders 44 thermisch zu isolieren, so daß eine
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- 6 -hohe Reaktionstemperatur innerhalb des Zylinders aufrechterhalten wird.
Die Wände 18 werden aufgrund der Reaktion, die in der Nähe derselben stattfindet, aufgeheizt und somit wird die auf den gegenüberliegenden Seiten dieser Wände strömende Luft vorgewärmt. Die heißen Produktgase, die sich aus der Reaktion ergeben, strömen durch die Rohre 28 hindurch, in welchen sie teilweise gekühlt werden, da die Rohre 28 einen Wärmeaustauscher bilden. Das einströmende Dampf-Luft-Gemisch kann dadurch die Wärme der heißen Produktgase aufnehmen. Die Rohre 28 endigen in der ringförmigen Auslaßkammer 46, die ihrerseits mit dem Auslaßrohr verbunden ist.
Das Produktgas wird in bezug auf das Wasser beim Verlassen des Reaktors noch überhitzt sein. Bei Bedarf kann das Produktgas weiter heruntergekühlt werden, um das Wasser herauszukondensieren, welches zu dem Wasserspeisetank zurückgeleitet werden kann.
Zum Anlassen des Wasserstofferzeugers ist ein Rohr 48 kleinen Durchmessers an einem Ende mit der Kohlenwasserstoff-Kraftstoffpumpe verbunden, während sein anderes Ende in einer Düse ausläuft, die neben dem Hitzdraht 40 angeordnet ist, der außerdem von einem kleinen Drahtgeflechtdocht (nicht dargestellt) umgeben ist. Wenn der Wasserstofferzeuger angelassen werden soll, wird eine kleine Menge Kraftstoff auf diesen Drahtgeflechtdocht aufgebracht. Dieser Kraftstoff wird dann durch den Hitzdraht 40 gezündet. Ein Temperaturfühler 50, bei welchem es sich um irgendeine bekannte Temperaturabfühlvorrichtung handeln kann, beispielsweise um einen Thermistor oder ein Bimetallelement, liefert eine Anzeige, wenn eine ausreichend hohe Temperatur erreicht ist. Das infolgedessen erzeugte Signal wird dazu verwendet, eine Zufuhr von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff aus der Hauptversorgung freizugeben, der durch das Rohr 38 strömt. Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, der von dem Rohr 38 versprüht wird, wird durch die Pilotflamme an dem den Hitzdraht 40 umgebenden Docht gezündet.
Ein weiterer Temperaturfühler 52, der in den Wänden an dem entgegengesetzten Ende des Erzeugergefäßes angeordnet ist, fühlt ab, wann die Hauptflamme aufgrund des Verbrennens des durch die Düse des Rohres 38 zugeführten Kohlenwasserstoffes die Brennkammerwände in ausreichendem Maß aufgeheizt hat, so daß die Lufttemperatur an dem Fühler 52 einen vorbestimmten Wert erreicht. Bei diesem vorbestimmten Wert wird das Aus<jangs-
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signal des Fühlers 52 dazu verwendet, die Wasserdüse 26 freizugeben, damit Wasser zugeführt und Dampf gebildet wird.
Die beschriebene Einschaltfolge ermöglicht ein schnelles Aufheizen der Vorrichtung und das Erreichen einer Luftvorwärmtemperatur, die hoch genug ist, um während des Anlassens das Ansammeln von flüssigem Wasser in dem Wärmeaustauscher zu verhindern. Außerdem wird die Oberfläche der Reaktorwand 44 gründlich aufgeheizt, wodurch Rußbildung vermieden wird. Wenn abgeschaltet werden soll, wird der Kohlenwasserstoff-Kraftstoffstrom durch das Rohr 38 für einige Sekunden verringert, damit ein heißer Strom von Dampf enthaltendem Gas weiterhin durch den gesamten Reaktor strömt, um die Vergasung von Teer oder Ruß zu fördern, die sich abgesetzt haben können. Dann wird die Wasserpumpe abgeschaltet, damit luftreiche heiße Verbrennungsgase einige Sekunden Tang durch die gesamte Vorrichtung hindurchziehen, wodurch die Verbrennung jedweder Ablagerungen von Teer oder Ruß mit dem verfügbaren überschüssigen Sauerstoff sichergestellt wird. Danach werden die Kraftstoffpumpe und der Luftverdichter abgeschaltet. Eine Steueranordnung für die Reihenfolge beim Einschalten und Abschalten, die bei der Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Durch das Injizieren sämtlicher zum Herstellen von . Wasserstoffreichem Gas erforderlichen Bestandteile in einen einzigen Bereich statt an längs der Kammern versetzten Stellen, wie es bei dem anderen Vorschlag erfolgt, werden WärmeverTuste vermieden, die Ausbeute an Wasserstoffreichem Gas wird gesteigert und die Bildung unerwünschten Kohlenstoffes wird auf ein Minimum verringert.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Anordnung nach der Erfindung, bei welcher der Dampferzeugungsprozeß innerhalb des Wasserstofferzeugers stattfindet. In bezug auf Fig. 1 gleiche Teile tragen die gleichen Bezugszahlen. Hier leitet ein Paar Düsen 60 bzw. 62 einen Wassersprühnebel aus der Wasserpumpe in den Durchlaß, der zwischen der Wand 18 und der Wand 14 gebildet ist, an einer Stelle ein, die sich ausreichend weit stromabwärts von der Stelle befindet, an welcher Luft eingeleitet wird, um das Aufheizen der Luft zu ermöglichen. Die aufgeheizte Luft wandelt die Sprühnebel tröpfchen in Dampf um. Der Dampf wird durch die von den Rohren 28 gebildete Baffle-Anordnung hindurchgeleitet, wodurch das Dampf-Luft-Gemisch durch die heißen Produktgase weiter aufgeheizt wird, die durch diese Rohre hindurch zu der ringförmigen AusTaßkammer 46 strömen.
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Der Betrieb des Erzeugers von wasserstoffreichem Gas geht in derselben Weise vor sich, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, ausgenommen, daß der Dampf nun innerhalb des Erzeugers erzeugt wird, während er in Fig.l außerhalb des Erzeugers erzeugt wurde. Diese Anordnung wird bevorzugt.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Wasserstofferzeugers, wobei der Wasserstoff erzeuger nur soweit dargestellt ist, wie er sich von der zuvor mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Anordnung unterscheidet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Emulsion aus Kohlenwasserstoff und Wasser durch ein Emulgierungsmittel mit Wasser und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff hergestellt. Demgemäß ist ein Vorrat 63 an Emulsion von Kohlenwasserstoff und Wasser vorgesehen. Diese Emulsion wird anstelle des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes durch das Rohr 38 hindurchgeleitet. Luft wird in dem in den Kammerwänden gebildeten Durchlaß vorgewärmt und durch den Baffle-Bereich hindurchgeleitet und danach durch die Kanäle 32 und 34 in den Verbrennungsbereich eingeleitet. Das Wasser in der Emulsion wird durch die heißen Gase, die durch die Zündung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoff es in dem Bereich neben den Wirbel!eitblechen 36 gebildet werden, in Dampf umgewandelt. Der DampfSpaltungsprozeß des nicht verbrannten Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes erfolgt dann in der oben beschriebenen Weise.
Lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung der Erfindung sei angegeben, daß ein geeignetes Emulgierungsmittel Polyäthylen-(4)-Laurel-Ester ist, welcher von der Firma Atlas-ICI hergestellt und von der Firma McKesson Chemical Company, Los Angeles, vertrieben wird. Dieser wird in dem Verhältnis von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Wasser gemischt und nach dem sorgfältigen Mischen mit einer gleichen Menge an Kraftstoff vermischt.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines Teils noch einer weiteren Anordnung des Wassestofferzeugers. Hier wird ein Druckluftzerstäuber 70 verwendet, der das Wasser und den Kraftstoff vermischt und in Form von Sprühnebel tröpfchen in den Oxidationsbereich injiziert. Eine geeignete Anordnung zum Ausführen der Zerstäubung besteht darin, daß der Kraftstoff und das Wasser vermischt werden, indem eine T-förmige Anordnung von Rohren verwendet wird, wobei unter Druck stehendes Wasser in einen Zweig und unter Druck stehender Kraftstoff in den entgegengesetzten Zweig eingeleitet wird, damit letzterer an der Verbindungsstelle der Rohre mit dem Wasser vermischt wird. Das Ge-
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misch wird anschließend in den üblichen Druckluftzersta'uber eingeleitet. Vorgewärmte Luft wird durch die Wirbelab!enkbleche 36 in den Verbrennungsbereich injiziert. Der Kraftstoff wird durch den Hitzdraht 40 gezündet und die mit ihm gemeinsam injizierten zerstäubten Wassertröpfchen werden durch die heißen Gase, die erzeugt werden, unmittelbar in Dampf umgewandelt. Der DampfSpaltungsprozeß spielt sich dann in der oben beschriebenen Weise ab.
ν . "" " Der Druckluftzerstäuber 70 wird aus einer nicht dargestellten Quelle mit Druckluft gespeist. Diese Druckluft wird dem Zerstäuber aus der Quelle mittels eines Rohres 72 zugeführt. Ein zweites Rohr 74 leitet Wasser aus der Wasserpumpe zu dem Druckluftzerstäuber 70. Ein drittes Rohr 76 leitet Kohlenwasserstoff-Kraftstoff aus der Kohlenwasserstoff-Kraftstoffpumpe zu dem Zerstäuber 70.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine räumliche Anordnung verwendet wird, die sich etwa von der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Anordnung unterscheidet. Die Betriebsweise ist jedoch in den Grundzügen identisch. Hier wird ein in etwa zylinder- . förmiger Gaserzeuger verwendet. Der Gaserzeuger hat zwei mit Abstand voneinander angeordnete Wände 80 bzw. 82, zwischen welchen eine Wärmeisolation untergebracht ist. Eine dritte innere Wand 84 ist mit Abstand von der Wand 82 so angeordnet, daß ein Durchlaß gebildet ist. Luft aus einem Verdichter wird in einen Einlaßrohrflansch 86 eingeleitet. Sie strömt über eine Baffle-Anordnung, die durch eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Rohren 88 gebildet ist. Die Luft, die die Baffle-Anordnung passiert, wird aufgeheizt und anschließend in den Durchlaß zwischen den Wänden 84 und 86 eingeleitet. Sprühdüsen 90 und 92, die durch eine Wasserpumpe (nicht dargestellt) mit Wasser versorgt werden, leiten einen Wassersprühnebel in den Durchlaß ein. Die heiße Luft, die die Baffle-Anordnung passiert hat, bewirkt, daß die Wassertröpfchen in Dampf verwandelt werden. Das Gemisch aus Dampf und heißer Luft wird durch den Raum zwischen den Wänden 82 und 84 hindurch und durch Wirbel!eitbleche 98 in die Hauptkammer 96 des Wasserstofferzeugers eingeleitet.
Kraftstoff aus der Kohlenwasserstoff-Kraftstoff pumpe wird in den lciirbelbereich des Erzeugers mittels eines Rohres 100 eingeleitet, welches eine Sprühdüsenspitze hat, die sich neben den Wirbeneitblechen 98 befindet. Die Vorgänge zum Anlassen des Erzeugers von wasserstoffreichem Gas und zum
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Abschalten desselben sind die gleichen wie bei der mit Bezug auf Fig.l .beschri ebenen Anordnung.
Fig. 5 soll ein Beispiel für einen Typ eines zylindrischen Gaserzeugers zeigen, in welchem die Baffle-Anordnung an dem von dem Verbrennungsbereich entgegengesetzten Ende vorgesehen ist. Die zylindrischen Wände, die innerhalb des Gaserzeugers den Verbrennungsbereich begrenzen, sind weggelassen. Dampf wird innerhalb des Erzeugers in der in Fig. 2 gezeigten Weise erzeugt. Eine Emulsion aus Kohlenwasserstoff und Wasser kann bei Bedarf in der in Fig. 3 gezeigten Weise injiziert werden, oder aber Wasser und Kraftstoff können gleichzeitig, wie in Fig. 4 gezeigt, durch den Einlaßflansch 102 injiziert werden, welcher den Zünder und das von der Kohlenwasserstoff-Kraftstoffpumpe herführende Rohr enthält.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Steueranordnung für den in den F,ig. 1 bis 5 dargestellten Wasserstoff erzeuger. Nach dem Drehen eines Anlaßschlüssels 110, bei welchem es sich um den Zündschlüssel für ein Kraftfahrzeug handeln kann, wird ein zweipoliger Umschalter 114 betätigt, der in der geöffneten Stellung dargestellt ist. Dadurch wird ein Anlaßrelais 112 betätigt und ein Kondensator 116 aus einer Stromquelle 118 aufgeladen. Das erregte Anlaßrelais 112 bewirkt, daß ein Strom zum Aktivieren des Hitzdrahtzünders 40 fließt und daß eine Kraftstoffpumpe 120 anläuft, die Kraftstoff aus einem Tank 122 entnimmt. Außerdem wird in diesem Zeitpunkt ein Luftverdichter 124 zum Anlaufen gebracht. Das Anlaßrelais 112 bewirkt außerdem, daß ein Relais 126 betätigt wird. Das Relais 126 erregt ein Zündkraftstoffventil 128 für eine kurze Zeitspanne, wodurch eine geringe Menge an Kohlenwasserstoff-Kraftstoff dem Docht zugeführt wird, der den Hitzdrahtzünder 40 umgibt.
Der Temperaturfühler 50 liefert ein Ausgangssignal, wenn er abfühlt, daß eine Flaume vorhanden ist. Dieses Ausgangssignal wird durch einen Verstärker 130 verstärkt. Das Ausgangssignal des Vastärkers 130 erregt ein Relais 132, welches bewirkt, daß das Hauptkohlenwasserstoff-Kraftstoff-Elektromagnetventil 134 geöffnet und Kraftstoff mit geringer Geschwindigkeit zugeführt wird. Dieser Hauptkraftstoffsprühnebel wird durch die Pilotflamme des den Hitzdraht 40 umgebenden Dochtes gezündet.
Anschließend, wenn der Temperaturfühler 52 abfühlt, daß die Hauptflamme
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die Kammerwände in einem ausreichenden Maß aufgeheizt hat, wird sein Ausgangssignal einem Verstärker 136 zugeführt, dessen Ausgangssignal eine Wasserpumpe 138 einschaltet. Das führt zur Dampfbildung. Ein weiterer Verstärker 140 verstärkt ebenfalls das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 52 und schaltet ein Relais 142 ein. Das Relais 142 schaltet nach einer kurzen Verzögerung das Hauptventil 134 in seine volle EIN-Stellung, welches nun Kohlenwasserstoff-Kraftstoff mit hoher Geschwindigkeit dem Reformer zuführt.
Wenn abgeschaltet werden soll, wird die Anlaßfolge im wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge wiederholt. Wenn der Zündschlüssel 110 zurückgedreht wird, wird der zweipolige Umschalter 114 in die dargestellte offene Stellung bewegt. Der Kondensator 114 bewirkt, daß ein Abschaltrelais während einer Zeitspanne betätigt wird, deren Länge zum Abschalten erforderlich ist. Dieses Relais bewirkt,.daß ein Impulsgenerator 146 mit dem Erzeugen von Impulsen beginnt. Diese Impulse werden einem Zähler zugeführt, welcher daraufhin mit dem Hochzählen beginnt. Bei dem Auftreten der ersten Zählung wird das Relais 142 entregt und das Hauptventil 134 kehrt in seine Stellung zurück, in welcher Kraftstoff mit niedriger Zufuhrgeschwindigkeit zugeführt wird. Ein heißer Gasstrom wird noch durch den gesamten Reaktoqströmen und die Vergasung von irgendwelchen Teer- oder Rußablagerungen fördern. .
Bei der zweiten Zählung wird die Wasserpumpe 138 abgeschaltet. Bei der dritten Zählung wird das Relais 132 entregt, woraufhin das Hauptkraftstoffventil 134 vollständig abgeschaltet wird.
Bei der vierten Zählung werden sowohl die Kraftstoffpumpe 120 als auch der Luftverdichter 124 abgeschaltet. Das Relais 144 wird ebenfalls abgeschaltet, was zum Abschalten des Impulsgenerators 146 führt. Es ist zu beachten, daß bei einer erneuten Betätigung des ZündanlaßschVüssels der Zähler 148 zurückgestellt wird.
Die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung kann ohne irgendwelche Änderungen zum Steuern des Anlassens und Abschaltens der in den Fig. 1, 2, und 5 dargestellten Gaserzeuger verwendet werden. Bei der Anordnung in Fig. 3 wird der Kraftstofftank 122 in Wirklichkeit ein Vorrat einer Emulsion von Kohlenwasserstoff und Wasser sein und auf die Wasserpumpe
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- 12 - und den Verstärker 136 kann verzichtet werden.
Demgemäß sind oben ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Gases unter Verwendung des Dampf-Reforming-Prozesses beschrieben worden.
Dieses Verfahren verhindert die Bildung von Kohlenstoff, indem in der Primärflammzone für eine hohe Dampfkonzentration gesorgt wird. Die Wirkung der Injektion von Dampf oder Wasser in die Primärflammzone senkt außerdem die Primärflammtemperatur, wodurch die zur Rußbildung führende Pyrolyse von Kraftstoff verhindert wird.
Bei dieser Anordnung nach der Erfindung, bei welcher sowohl der Dampf als auch der Kohlenwasserstoff durch die Primärflammzone hindurchgehen, gehen die Reaktionsmittel durch die Zone höchster Temperatur hindurch, was zu einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit für die Dampfspaltung führt. Infolgedessen ergibt sich sowohl eine drastische Verringerung der Rußbildung als auch eine Zunahme der Wasserstoffausbeute. Schließlich wird der Aufbau des Reaktors beträchtlich vereinfacht.
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Claims (15)

  1. - 13 Patentansprüche:
    (T) Verfahren zum Erzeugen von wasserstoffreichem Gas, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Einleiten eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes in einen einzigen Bereich, Zünden des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes, Vermischen von Dampf und Luft mit dem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff nur innerhalb dieses einzigen Bereiches, Entnehmen von wasserstoffreichem Gas aus diesem einzigen Bereich.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24;60,62;74;90,92) zum Erzeugen eines Luft-Dampf-Gemisches, durch eine Einrichtung (44), die eine Verbrennungszone (42;96) bildet, durch eine Verwirbelungseinrichtung (36;98), durch eine Einrichtung (32,3 4) zum Injizieren des Luft-Dampf-Gemisches in die Verbrennungszone durch die Verwirbelungseinrichtung hindurch, damit ein Luft-Dampf-Wirbel gebildet wird, durch eine Quelle von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, durch eine Einrichtung (38;70;100) zum Injizieren des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes aus der Quelle durch die Verwirbelungseinriehtung hindurch in den Luft-Dampf-Wirbel, damit er mit diesem vermischt wird, und durch eine Einrichtung (40) zum Zünden des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes, wodurch ein Dampfspaltungsprozeß stattfindet und wasserstoff reiche Gase erzeugt werden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2B dadurch gekennzeichnet, daß isolierte Wände (12,14;80,82) eine hohle Kammer bilden, innerhalb welcher sich die Verbrennungszone befindet, daß die Verwirbelungseinrichtung (36;98) neben der Verbrennungs- und Vermischungszone angeordnet ist, damit Luft, Dampf und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff in der Verbrennungszone vermischt wtrdtrt, daß die Zündeinrichtung (40) in der Verbrennungszone angeordnet 1st und daß eine Einrichtung (30) zum Ableiten des wasserstoffreichen Gases aus der Kammer vorgesehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassier einen ersten Durchlaß (32,34) enthält, der das Luft-Dampf-ßenrisch zu einer Seite der Verwirbelungseinrichtung (36;98) leitet, darait es in ehe Verbrennungszone (4!j%) ©if?g@!®1tei mra» mn eltten swtitefi Sa**ckli& {Si** 100) enthält, welcher den K@fti€fiftass@F$tQff-»Kraftstoff ttßer Suite #gf Verwirbelungseinrichtung zuführt, damit er durch dies©1fe© hiniurcft in
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    Verbrennungszone eingeleitet wird, wodurch das Luft-Dampf-Gemisch und der Kohlenwasserstoff-Kraftstoff durch die Verwirbelungseinrichtung vermischt werden.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Luftvorwärmkanal (14,18) und einen ersten Durchlaß (32,34) enthält, der die in dem Luftvorwärmkanal vorgewärmte Luft einer Seite der Verwirbelungseinrichtung (36) zuführt, damit sie durch dieselbe hindurch in die Teiloxidationszone (42) geleitet wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zweiten Durchlaß (38), der eine Emulsion aus Kohlenwasserstoff und Wasser der einen Seite der Verwirbelungseinrichtung zuführt, damit sie durch dieselbe hindurch in die Teiloxidationszone geleitet wird, wodurch das Wasser durch die vorgewärmte Luft in Dampf umgewandelt wird und die Luft, der Dampf und der Kohlenwasserstoff vermischt werden.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70) zum Zerstäuben von Wasser und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und zum Zuleiten derselben zu der einen Seite der Verwirbelungseinrichtung (36), damit sie durch dieselbe hindurch in die Teiloxidationszone (42) geleitet werden, wodurch das Wasser durch die vorgewärmte Luft in Dampf umgewandelt wird und die Luft, der Dampf und der Kohlenwasserstoff vermischt werden.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchlaß enthält: Heizwende (18,84), die mit Abstand von den Isolierten Wunden (12,14;8O,82) angeordnet sind, damit Luft zwischen den Heizwänden und den isolierten Wänden hindurchgeleitet und durch heiße Verbrennungsprodukts vorgewärmt werden kann, die innerhalb der Kammer durch die Zündung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes erzeugt werden, eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Rohren (28;88), die einen Wärmetauscher bilden, mit welchem der Raum zwischen den Heizwändten und den Isolierten Wänden verbunden 1st, Einrichtungen zum Weiterleiten ■4&r vm um ititresetauseher abfegebenen Gase zu der einen Seit« der Venrirbe ?ΐώρ·1η?3<&ϋβ£3 <36s98)t «Wt ·**· Fianichtntr^nunä (KUBI)· mittel Luft mn außerhalb der Kassaer in ilen Rau» zwischen den Heizwänders und öers isolierten W*rwJ»n efafeleitet wer<£§® kann.
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  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Brennkammer gebildeten heißen Verbrennungsprodukte die Vielzahl von Rohren (28;88) durchströmen, daß die Flanschanordnung (20;86) vorzuwärmende Luft von außerhalb der Kammer in den Wärmetauscher leitet, und daß der Durchlaß zwischen den Heizwänden und den isolierten Wänden mit dem Wärmetauscher' verbunden ist, damit die Luft in dem Raum zwischen den Heizwänden und den isolierten Wänden durch die heißen Verbrennungsprodukte erwärmt werden kann, die in der Kammer durch das Zünden des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes erzeugt werden, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die aus. dem Raum zwischen den Heizwänden und den isolierten Wänden abgegebenen Gase der einen Seite der Verwirbelungseinrichtung zuführt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26;60,62;90,92) zum Injizieren von Wassersprühnebel in die in dem ersten Durchlaß gebildete vorgewärmte Luft, damit der Wassersprühnebel in Dampf umgewandelt wird.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der hohlen Kammer eine einzige Zone vorhanden ist, innerhalb welcher Luft, Dampf, und Kohlenwasserstoff-Kraftstoff vermischt werden, daß die Injektionseinrichtung den Kohlenwasserstoff-Kraftstoff allein in diese einzige Zone der Kammer einleitet, und daß mit dieser einzigen Zone innerhalb der Kammer ein Durchlaß verbunden ist, damit Luft mit der Wärme aus den heißen Verbrennungsprodukten vorgewärmt und die vorgewärmte Luft in die einzige Zone eingeleitet wird.·
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes allein in die einzige Zone einen Zerstäuber (70) enthält, welcher ein Gemisch von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Wassertröpfchen bildet, und daß eine Einrichtung (74,76) vorgesehen ist, mittels welcher dem Zerstäuber Kohlenwasserstoff-Kraftstoff und Wasser zugeführt werden.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff allein in die einzige Zone eine Quelle (63) für eine Emulsion aus Kohlenwasserstoff und Wasser und außerdem eine Rohrleitung (38) enthält, mittels welcher die
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    Emulsion aus der Quelle der einzigen Zone zugeführt wird.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß eine Einrichtung (26;60,62;90,92) enthält, die Wassertropfen in die vorgewärmte Luft in dem Durchlaß einsprüht, damit sie durch die vorgewärmte Luft in Dampf umgewandelt werden.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine äußere Kammer (24), durch eine Einrichtung (26) zum Einsprühen der Wassertropfen in die äußere Kammer, durch eine Einrichtung (22) zum Zuführen der vorgewärmten Luft aus dem Durchlaß in die äußere Kammer, damit die Wassertropfen in Dampf umgewandelt werden, und durch eine Einrichtung (27) zum Zurückleiten des Dampfes aus der äußeren Kammer in den Durchlaß, damit dadurch der Dampf der einzigen Zone zugeführt wird.
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