DE2558922A1 - Gasgenerator zur umsetzung eines reaktionsgemisches aus kohlenwasserstoffhaltigem brennstoff und einem sauerstoffhaltigen gas in ein brenngas - Google Patents

Gasgenerator zur umsetzung eines reaktionsgemisches aus kohlenwasserstoffhaltigem brennstoff und einem sauerstoffhaltigen gas in ein brenngas

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Description

AKTIENGESELLSCHaFI . Unser· Zeichen Berlin und München " VPA 75 ρ 7576 BRD
Gasgenerator zur Umsetzung eines Reaktionsgemisches aus kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Gas In ein Brenngas
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator zur Umsetzung eines Reaktionsgemisches aus versprühtem, vergastem oder verdampftem flüssigem, kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff uad einem sauerstoff haltige η Gas in ein Brenngas bei erhöhter Temperatur, insbesondere zur Speisung von Brennkraftmaschinen, mit mehreren im Reaktionsraum senkrecht zur Strömungsrichtung der Reaktanten mit Abstand voneinander hintereinander angeordneten, mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen versehenen Platten.
In sogenannten Spaltgasgeneratoren werden versprühte, vergaste oder verdampfte flüssige Kohlenwasserstoffe mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise Luft oder Abgas, bei erhöhten Temperaturen in ein Kohlenmonoxid, Methan und/der Wasserstoff enthaltendes Brenngas (Spaltgas) umgesetzt. Dieses Brenngas kann z.B. mit Verbrennungsluft vermischt und in Brennkraftmaschinen eingespeist werden. Während bei mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brennkraftmaschinen, etwa in Kraftfahrzeugen, die unvollkommene Verdampfung des Brennstoffes und die ungleichmäßige Vermischung mit Verbrennungsluft zu unvollständiger Verbrennung und zur Emission von Schadstoffen führt, wird das Spaltgas weitgehend rückstandslos verbrannt. Da es ferner eine hohe Octanzahl besitzt, kann auch auf die Zugabe von Antiklopfmitteln verzichtet werden, so daß der Gehalt an gesundheitsgefährdenden Stoffen im Abgas der Brennkraftmaschinen gesenkt wird.
Aus der DT-PS 482 157 ist ein Verfahren bekannt, in dem zur Speisung von Brennkraftmaschinen kohlenwasserstoffhaltiger Brenn-
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stoff mit Luft in einem Gasgenerator aufbereitet wird. Der Gasgenerator enthält dabei mehrere parallele Rohre aus katalytisch aktivem Metall, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Das Brennstoff/Luft-Gemisch kann durch die Rohre geleitet werden, die dabei als Reaktionsraum dienen und von das Gehäuse durchströmendem Abgas beheizt werden, oder es kann auch das Abgas durch die Rohre und das Reaktionsgemisch durch das Gehäuse geleitet werden. Der Reaktionsraum des Spaltgasgenerators kann zusätzlich Metallfeilspäne oder andere katalytisch aktive Füllkörper enthalten und an den Rohren können zur Verbesserung des Wärmeübergangs Rippen oder andere Profilteile angebracht sein. Statt mit Abgas kann der Reaktionsraum auch elektrisch beheizt werden und anstelle der Katalysatorrohre können auch katalytische Metallgewebe, Drähte, Kugeln oder Platten vorgesehen sein.
Eine gegenüber derartigen Reaktoren gesteigerte Belastbarkeit, d.h. eine hohe Umsetzung des eingesetzten flüssigen Brennstoffes auch bei hohem Brennstoffdurchsatz, liefert ein beispielsweise aus der DT-OS 21 03 008 bekannter Spaltgasgenerator, bei dem im Reaktionsraum in Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches mehrere mit einer Vielzahl enger Durchtrittskanäle versehene Platten aus einem porösen, mit einer katalytischen Metallkomponente getränkten keramischen Material im Abstand hintereinander angeordnet sind. Derartige Katalysatorplatten weisen eine hohe spezifische Oberfläche bei geringem Katalysatorvolumen auf und die Zwischenräume zwischen den Platten dienen als Vermischungsräume für das an der vorhergehenden Platte entstandene Spaltgas und dem noch nicht umgesetzten Teil des Reaktionsgemisches, der den Poren der nachfolgenden Platte zugeführt wird. Um an den Katalysatoren die erhöhte Umsetzungstemperatur aufrechtzuerhalten, ist auch hier vorgesehen, den Reaktionsraum von außen mit dem heißen Abgas der an den Spaltgasgenerator angeschlossenen Brennkraftmaschine zu beheizen.
Aus der DT-OS 2 302 295 ist der Vorschlag bekannt, die Strömung in einem Katalysatoren enthaltenden Spaltgasgeneräör dadurch zu
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■ stabilisieren, daß den Katalysatoren ein mit Strömungskanälen versehener, temperaturbeständiger Körper vorgeschaltet ist. Dadurch soll erreicht werden, daß die Katalysatoren stets laminar von dem Reaktionsgemisch angeströmt werden und sich in den Zwischenräumen zwischen den Katalysatoren keine Wirbelräume ausbilden, die zu einer Ausbildung von Flammen führen könnten. Die temperaturbeständigen Körper sind hierbei bevorzugt Platten aus einem keramischen Material, z.B. keramischen Tonerde-Silikat-Fasern, mit eingestanzten Strömungskanälen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit einem Gasgenerator erreichbaren Umsätze und die Belastbarkeit der Reaktorfüllung weiter zu erhöhen.
Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Platten in eine Füllkörperschüttung eingebettet sind und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als diese.
Eine derart ausgebildete Reaktorfüllung bewirkt einerseits einen besseren Temperaturausgleich innerhalb des Reaktionsraumes, zum anderen eine verhältnismäßig gleichförmige Verteilung des durchtretenden Reaktionsgemisches über den gesamten Reaktionsraum, Die gut wärmeleitenden Platten wirken einer Ausbildung von Temperaturgradienten quer zur Strömungsrichtung entgegen und erwärmen sich und die die Platten umgebenden Schichten der Füllkörperschüttung einigermaßen gleichmäßig, während gleichzeitig das den Reaktionsraum durchströmende Reaktionsgemisch mehr oder weniger statistisch über die Hohlräume zwischen den Füllkörpern verteilt wird.
Die Teilchengröße der Füllkörper ist hierbei vorzugsweise so klein, daß die Schüttung eine hohe Oberfläche aufweist und daß die Zwischenräume zwischen den Füllkörpern zu einer Flammenbildung nicht ausreichen, andererseits sollen die Füllkörper so groß sein, daß die Schüttung keinenunzulässig hohen Strömungswiderstand für das
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den Reaktionsraum durchströmende Reaktionsgemisch darstellt. Vorteilhaft beträgt die größte Abmessung der Füllkörper etwa 1 bis 6 mm, die kleinste Abmessung mindestens etwa 0,8 mm.
Die Füllkörper können beispielsweise die Form von Kugeln oder zylindri. sehen Stäbchen aufweisen. Bei zylindrischen Stäbchen ist unter der größten Abmessung dann die Stäbchenlänge, unter der kleinsten Abmessung der Durchmesser zu verstehen. Bei Kugeln fallen die größte und die kleinste Abmessung mit dem Kugeldurchmesser zusammen. Der Abstand der Platten beträgt dabei vorteilhaft etwa 5 bis 20 mm.
In dem erfindungsgemäßen Gasgenerator können Kohlenwasserstoffe thermisch oder thermisch-katalytisch mit dem sauerstoffhaltigen Gas umgesetzt werden. Soll z.B. Benzin mit Luft exotherm und nichtkatalytisch, d.h. thermisch, umgesetzt werden, so wird die Reaktorfüllung durch die entstehende Reaktionswärme selbst aufgeheizt und an den heißen Oberflächen der Reaktorfüllung findet der thermische Zerfall des Reaktionsgemisches mit hohen Umsetzunggeschwindigkeiten statt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators weisen die Füllkörper eine katalytisch aktive Oberfläche auf, um die Umsetzung im Spaltgasgenerator katalytisch zu steuern. Derartige Füllkörper können beispielsweise aus porösen, keramischen Körpern bestehen, die mit einer katalytisch aktiven Komponente getränkt sind.
Auch die Platten selbst können vorteilhaft eine katalytisch aktive Oberfläche besitzen. Als Platten werden vorteilhaft poröse, keramische Sntersteine verwendet. Die Plattendicke liegt bevorzugt zwischen 5 bis 20 mm, Über die sich quer zur Strömungsrichtung der Reaktanten erstreckenden Flächen der Sintersteine sind vorteilhaft etwa 10 bis 100 Durchtrittsöffnungen pro cm Plattenfläche verteilt. Der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen kann dabei zwischen 0,6 und 3 mm liegen. Bevorzugt weisen die Sinter-
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steine eine Dicke von etwa 10 mm und pro cm Plattenfläche etwa 40 Durchtrittsöffnungen von etwa 1 mm Durchmesser auf.
Die Porosität der Sintersteine liegt dabei vorteilhaft zwischen 20 und 60 Vol.-%. Derartige Sintersteine, die beispielsweise aus AIpO, und MgO bestehen, sind z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift 2 210 365 beschrieben. Man kann aber auch vorteilhaft Sintersteine verwenden, die eine Porosität zwischen 100 und 250 Vol.-% aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit dieser hochporösen Sintersteine ist zwar gegenüber derjenigen von weniger porösen SintersMnen herabgesetzt, kann jedoch dadurch verbessert werden, daß in den Poren katalytisch aktive Metallkomponenten eingelagert werden. Derartige katalytisch aktive Sintersteine können beispielsweise auf die in der DT-OS 2 210 401 beschriebene Weise hergestellt werden und ein Trägermaterial aus Al^O^ aufweisen, dem zur Erhöhung der mechanischen Stabilität KacLinit beigemischt ist. Die Porosität ist dabei nach DIN 51 056 als offene Porosität, d,h. auf das Volumen der offenen Poren (ohne Durchtrittskanäle) bezogen auf das Volumen der Porenwände angegeben.
Bei Sintersteinen mit katalytisch aktiver Oberfläche stellten die an der Oberfläche der Platten und deren DurchtrittsÖffnungen liegenden Poren eine hohe katalytisch aktive Oberfläche dar, wobei gleichzeitig das Volumen klein gehalten werden kann. Darüber hinaus weisen diese Sintersteine eine gegenüber der Füllkörperschüttung gesteigerte Wärmeleitfähigkeit auf, sie ermöglichen daher einen verbesserten Temperaturausgleich in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches im Reaktionsraum. Das Reaktionsgemisch trifft also beim Durchströmen einer Platte in allen Teilen dieser Platte auf eine hinreichend erwärmte katalytisch aktive Oberfläche, an der es umgesetzt wird. Da in den Durchtrittsöffnungen eine vorwiegend laminare Strömung vorliegt, werden diese Oberflächen zwar nur auf einer Tiefe von wenigen Millimetern mit einem noch reaktionsfähigen Reaktionsgemisch angeströmt. Da aber die zwischen den Platten gelegenen Füllkörperschichten das den Reaktionsraum durcb,-
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- Absetzende Gasgemisch nicht nur statistisch über den Strömungsquerschnitt verteilen, sondern auch kräftig durchmischen, kommen die Oberflächen in den Durchtrittsöffnungen der darauffolgenden Platte mit dem noch nicht umgesetzten Reaktionsgemisch in Berührung, so daß bereits an wenigen hintereinandergeschalteten Platten eine nahezu vollkommene Umsetzung auch bei starken Belastungen erreicht wird, insbesondere wenn die Füllkörperschüttung selbst eine aktive Oberfläche aufweist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Platten aus einem metallischen Werkstoff. Dadurch wird einerseits eine erhöhte mechanische Stabilität, andererseits eine noch größere Wärmeleitung innerhalb der Füllkörperschüttung erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Summe der Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen pro Plattenflächeneinheit zum Plattenrand hin zunimmt. Derartige Platten weisen einen zum Plattenrand hin abfallenden Strömungswiderstand auf, wodurch verhindert wird, daß sich eine Kernströmung mit einem in der Mitte der Platten erhöhten Massendurchsatz pro Querschnittsfläche ausbildet, während die Öffnungen an den Plattenrändern und die dort benachbarten Füllkörperschüttungen nur ungenügend durchströmt werden und dort die katalytische Aktivität der Reaktorfüllung nicht ausgenutzt wird.
Vorzugsweise sind die Platten aus Molybdänsilizid (M0SX2) gefertigt, dem stabilisierende, rekristallisationshemmende Zusätze beigemischt sind. Ein derartiger Werkstoff ist unter dem eingetragenen Warenzeichen "Mosilit" handelsüblich ("Rörnpps Chemie-Lexikon", 7.Auflage, Stuttgart 1974, Band 4, Seite 2222). Dieses Hartmetall kann nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt und zu Formkörpern verarbeitet werden, die sich durch große Härte und Temperaturbeständigkeit sowie durch eine hohe metallische Wärmeleitfähigkeit auszeichnen.
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Das Molybdänsilizid kann hierbei auch vorteilhaft als Trägermaterial für katalytisch aktive Komponenten verwendet werden. Die Platten aus Molybdänsilizid können aber auch vorteilhaft einen duKh Glühen an Luft bei Temperaturen über 135O°C entstandenen gasdichten Siliziumdioxidüberzug aufweisen. Bei einem derartigen Glühen von Werkstücken aus Molybdänsilizid diffundiert nämlich das Molybdän aus der Oberfläche und das Silizium bildet durch Oxidation mit Luftsauerstoff einen quarzglasähnlichen, katalytisch inaktiven Überzug. Damit wird beispielsweise verhindert, daß Metalle, die als aktive Komponenten in der Füllkörperschüttung enthalten sind, mit dem Molybdänsilizid bei höheren Betriebstemperaturen des Generators eine Legierung bilden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in der Füilkörperschüttung Körper aus metallischem Werkstoff angeordnet sind, die parallel zur Strömungsrichtung verlaufende Wandflächen besitzen. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Reaktorfüllung auch in Strömungsrichtung erhöht und die gesamte Reaktorfüllung durch die bei der Umsetzung entstehende Reaktionswärme gleichmäßig erwärmt. So kann auch die katalytische Aktivität der weiter stromabwärts in der Reaktorfüllung gelegenen Teile dieser Füllung zur Umsetzung von geringen, in den stromaufwärts gelegenen Teilen der Reaktorfüllung noch nicht umgesetzten Anteilen des Reaktionsgemisches ausgenutzt werden. Auch bei Reaktionen, die nicht exotherm ablaufen und bei denen die zur Umsetzung nötige Wärme von außen, z.B. durch eine Beheizung der Reaktorwände, zugeführt werden muß, ist die hohe Wärmeleitfähigkeit in der Reaktorfüllung vorteilhaft.
Als derartige Körper können beispielsweise senkrecht zu. den Platten angeordnete Metallstreifen oder Rohrstücke vorgesehen sein. Man kann aber auch an denVandungen des Reaktionsraumes angebrachte Rippen verwenden oder Metallstifte, die in die Füllkörper1-schüttung eingebettet und in Bohrungen der Platten verankert sind und auch durch entsprechende Bohrungen hindurch mehrere Platten durchdringen können. Vorteilhaft sind auch diese Körper aus Molybdänsilizid gefertigt und können einen gasdichten, quarzglasähnlichen Überzug aufweisen.
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Der erfindungsgemäße Gasgenerator soll anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasgenerators,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II durch dieselbe Ausführungsform,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators,
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV durch diese Ausführungsform .
Das Gehäuse der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Gasgeneratoren ist entsprechend einem älteren Vorschlag gemäß der deutschen Patentanmeldung Akt.Z. P 2 505 826.8 ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einem von einem doppelwandigen Mantel 1 umgebenen Reaktionsraum 2. Der von den Wänden 3 und 4 und einem ringförmigen Profilteil 16 gebildete Hohlraum 5 des Mantels ist über eine 3)urchtrittsöffnung 6 mit dem Reaktionsraum 2 und über eine Austrittsöffnung 7 beispielsweise mit der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Durchtrittsöffnung 6 nimmt die gesamte Grundfläche der zylindrischen Innenwand 3 ein. Am unteren Rand dieser Innenwand 3 sind sternförmig nach außen führende, senkrecht auf der Fläche der Durchtrittsöffnung 6 stehende Leitflächen 8 angeschweißt. An diesen Leitflächen ist ein topfartig geformtes Blech 9 befestigt, das bis in die Nähe des ringförmigen Profilteiles 16 reicht und das aus dem Reaktionsraum 2 austretende Gas radial nach außen führt, umlenkt, an der Innenwand 3 des Mantels entlang leitet, am Profilteil 16 erneut umlenkt und im Gegenstrom an der Außenwand 4 entlang zur Austrittsöffnung 7 leitet. Durch diese Anordnung wird die den Reaktionsraum begrenzende Wand 3 von'ggni austretenden heißen Brenngas auf der mittleren Austrittstemperatur des Brenngases gehalten und vor Wärmeabgabe an die Umgebung und Abkühlung geschützt.
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Zur Erzeugung von Brenngas für den Betrieb einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise über die Eintrittsöffnung 13 im Gehäusedeckel 14 der Gasgenerator mit einem Gemisch aus verdampftem Benzin und Luft gespeist. Über seitliche, durch den Mantel 1 hindurch führende Stutzen 15 ist das Innere des Generators für Meß- und Regeleinrichtungen zugänglich. So kann beispielsweise über ein Thermoelement die Temperatur im Reaktionsraum gemessen werden.
Auf den Leitflächen 8 liegt ein Sinterstein 10 mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 11 auf. Über diesem Sinterstein 10 sind Füllkörper 23 aufgeschichtet und in die Füllkörperschüttung sind zwei v/eitere Sinter steine 20 und 21 eingebettet. So entstehen drei Füllkörperschichten 26, 27 und 28, die eine Dicke von etwa 12 ' mm aufweisen. Die Dicke der dazwischen liegenden Sintersteine 20-und 21 beträgt etwa 10 mm. Die Sintersteine 10, 20 und 21 v/eisen pro cm Plattenfläche etwa 40 Durchtrittsöffnungen 11 und mit einem Durchmesser von etwa 1 mm auf. Die Sintersteine bestehen aus einem porösen keramischen Material, z.B. etwa 26 % MgO und 74 % Al0O,., das mit einer katalytisch aktiven Metall-
-* 3
komponente, z.B. mit etwa 10 mg Nickel pro cm Katalysatorträger, getränkt ist. Als Füllkörper können beispielsweise zylindrische Stäbchen mit etwa 1 mm Durchmesser und 3 mm Länge aus Al2O-, mit 0,3 Gew.-% Fe, 0,3 Gew.-% Cr und 1,0 Ge\r.-% Molybdän verwendet v/erden.
Aufgrund ihrer kompakten Struktur bewirken die Sintersteine eine gegenüber der Füllkörperschüttung verbesserte Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Strömungsrichtung der den Reaktor durchsetzenden Stoffe. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit in Strömungsrichtung der Stoffe befinden sich zwischen den Sintersteinen zylindrische Rohrstücke 25 aus MoSi2, deren Zylindermantelfläche sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstre.ckt.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausfütarungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasgenerators dargestellt, wobei das Gehäuse dem des in
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Fig. 1 gezeigten Gasgenerators entspricht und die gleichen Bezugsziffern trägt. Über dem in der Durchtrittsöffnung 6 liegenden keramischen Sinterstein 10 ist eine Füllkörperschüttung aufgeschichtet, in die im Abstand von 15 mm metallische Platten 40, 41 und 42 nit einer Dicke von 5 mm eingebettet sind. Diese Platten tragen sechs konzentrische Reihen von Durchtrittsöffnungen 44, deren Zahl und Größe zum Plattenrand hin zunimmt. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist die innere Reihe sechs Durchtrittsöffnungen mit etwa 0,5 mm Durchmesser, die äußerste Reihe 36 Durchtrittsöffnungen mit 10 mm Durchmesser auf. Der Innendurchmesser des Reaktionsraumes beträgt dabei etwa 10,5 cm. Zwischen diesen Platten befinden sich auf den Platten 10, 40, 41 und 42 senkrecht stehende, sternförmig ineinander gesteckte Metallbleche 45, die der Reaktorfüllung eine gute Wärmeleitfähigkeit in Längsrichtung verleihen. Um eine unerwünschte katalytische Aktivität der metallischen Teile zu vermeiden, ist der Reaktionsraum mit einer keramischen Schutzschicht, beispielsweise Aluminiumoxid, ausgekleidet und sind die Platten 40 und Metallbleche 45 aus Molybdänsilizid gefertigt, das durch Glühen an Luft einen inerten, quarzglasähnlichen Überzug erhalten hat.
Mit dem erfindungsgemäßen Gasgenerator kann die Umsetzung von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und Luft zu einem Brenngas wesentlich verbessert werden, wie die nachfolgenden Versuche zeigen.
Vergleichsversuch
In einem Gehäuse der oben beschriebenen Art mit einem Innendurchmesser des Reaktionsraumes von 10,5 cm ist in der Austrittsöffnung des Gasgenerators ein keramischer Sinterstein angeordnet. Dieser Sinterstein besteht aus etwa 26 Gew.-$6 MgO und 74 Gew.-% Al2O3, ist mit keiner aktiven Metallkomponente getränkt und weist gleichmäßig über die Plattenfläche verteilt pro cm2 Plattenfläche etwa 40 Durchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von etwa 1 mm auf. Über dieser Platte sind etwa 0,4 1 einer katalytisch aktiven
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Füllkörp er schüttung aufgehäuft. Als Füllkörper werden zylindrische Stäbchen mit einer Länge von etwa 3 mm und einem Durchmesser von etwa 1 mm verwendet,die aus einem Trägermaterial aus etwa 60 Gew.-% γ-Α1 0.,, 10 Gew.-% 1 -Al2O, und 30 Gew.-% Cf-Al2O,, gefertigt und mit einer katalytiscn aktiven Metallkomponente aus etwa 3,7 Gew.-% Molybdän, 1,6 Gew.-% Chrom und 1,7 Gew.-% Eisen, bezogen auf das Gesamtgewicht der katalytisehen Füllkörper, getränkt sind. Die Herstellung eines derartigen Katalysators ist in der deutschen Auslegeschrift 2 431 168 als Beispiel 1 beschrieben.
Zum Betrieb einer Brennkraftmaschine wird in den Generator ein Gemisch aus Benzindampf und Luft eingeleitet. Das im Gasgenerator entstehende heiße Brenngas wird anschließend durch zwei Wärmetauscher und eine Kühlfalle geleitet und kann dann entweder für Analysenzwecke entnommen oder mit weiterer Verbrennungsluft vermischt in eine Brennkraftmaschine eingespeist werden. In den beiden Wärmetauschern wird das eingesetzte Benzin verdampft und die Luft vorerhitzt, wobei die Ausgangsstoffe vor ihrer Einleitung in den Gasgenerator noch einen Gasmischer durchlaufen.
In dieser Versuchsanordnung werden 6,5 1 Benzin pro Stunde mit etwa 10 % der zur stöchiometrisehen Umsetzung des Benzins benötigten Luftmenge umgesetzt. Beim stationären Betrieb der Anordnung stellen sich Temperaturen von etwa 2700C am Generatoreinlaß 13 für die in den Gasgenerator eingeleiteten Ausgangsstoffe und maximal 840°C für die Katalysator füllung ein. Das entstehende Brenngas, das in der Kühlfalle auf etwa 19°C abgekühlt und von hierbei anfallendem Kondensat getrennt wird, weist einen Gehalt von etwa 7 % CO2, 6 % H, 5 % Methan, 5,3 % CO, 10,8 % Äthan und Äthylen und etwa 10% weiterer Kohlenwasserstoffe mit.zwei bis vier Kohlenstoffatomen pro Molekül auf. Ferner enthält das Brenngas noch etwa 0,3 % O2 und 55,5 % N2 aus der zugeführten Luft.
Mit diesem Brenngas kann die Brennkraftmaschine ohne Betriebsstörungen betrieben werden.
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Bei einer Steigerung des Benzindurchsatzes über 10 1 pro Stunde kommt es jedoch zu einem unruhigen Lauf und bisweilen zum Stillstand der Brennkraftmaschine.
Ausführungsbeispiel;
In die katalytische Füllkörperschüttung des Gasgenerators werden nun drei Metallplatten entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Metallplatte 40 aus V2A-Stahl mit Durchtrittsöffnungen eingesetzt, deren Zahl und Gräße zum Plattenrand hin zunimmt.
In der Versuchsanordnung wird 6,0 1 Benzin pro Stunde mit etwa 8 % der zur stöchiometrisehen Umsetzung des Benzins nötigen Luft umgesetzt.
Hierbei stellt sich eine Temperatur der Ausgangsstoffe von etwa 490°C und eine Temperatur der Katalysatorfüllung von maximal 830°C ein. Hinter der Kühlfalle weist das Brenngas noch eine Temperatur von 50°C auf. Die Gasanalyse des Brenngases ergibt eine Zusammensetzung von 6,5 9^ CO2, 7,4 % H2* 3,7 % Methan, 8,4 % CO, 7,3 % Äthan und Ähtylen, etwa 8,6 % weiterer Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül und etwa 0,3 % O2 und 57,9 % N2 (aus der Luft). Bemerkenswert Ist hierbei insbesondere die für den Betrieb der Brennkraftmaschine vorteilhafte Steigerung des Gehaltes an CO und H2. Mit dem erhaltenen Brenngas kann noch bei Durchsätzen von 27 1 Benzin pro Stunde die Brennkraftmaschine ohne Betriebsstörungen betrieben werden.
Die erzielte Verbesserung dürfte in erster Linie auf die gleichmäßigere Temperaturverteilung im Generator zurückzuführen sein. Durch die hohe "Wärmeleitfähigkeit der Lochplatten wird der gesamte Querschnitt der Katalysatorfüliung praktisch gleichmäßig auf die Betriebstemperatur des Katalysators erwärmt. Liegen jedoch in der Reaktorfüllung neben Bereichen mit höherer Temperatur auch Bereichemit niedrigerer Temperatur vor, so ,wird in den weniger stark erwärmten Bereichen nur eine unvollständige Umsetzung der
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Ausgangsstoffe stattfinden. Vor allem bei einer Steigerung des Durchsatzes kann dann der Fall auftreten, daß die bei dieser unvollständigen Umsetzung entstehende Reaktionswärme nicht ausreicht, um sowohl die anströmenden kühleren Ausgangsstoffe wie die Katalysatorfüllung selbst ausreichend zu erwärmen, so daß die Temperatur und damit der Umsetzungsgrad in diesen Bereichen noch weiter absinkt. Dadurch sinkt auch die mittlere Temperatur des erzeugten Brenngases, wodurch auch die Temperatur der Reaktorwand absinkt. Bei -höheren Durchsätzen dürften im Vergleichsversuch also insbesondere in Nähe der Reaktionswand Bereiche vorliegen, in dem die Katalysatorfüllung die Betrieb st empeistur nicht erreicht.
Die in die Katalysatorschüttung eingelagerten Metallplatten hingegen bewirken eine bessere Erwärmung dieser Randbereiche nicht nur durch ihre bessere Wärmeleitfähigkeit, sondern auch durch die an ihnen stattfindende bessere Verteilung der Ausgangsstoffe. Diese Verteilung verhindert nämlich, daß sich in der Reaktorfüllung bevorzugte Strömungswege ausbilden. Sonst könnte der Fall auftreten, daß bei höheren Durchsätzen die stärker durchströmten Bereiche der Katalysatorfüllung überlastet werden, während daneben andere, weniger stark durchströmte Bereiche vorliegen, in denen die Katalysatortemperatur unter der Betriebstemperatur des Katalysators liegt. Durch die Platten wird jedoch insbesondere erreicht, daß auch die Randbereiche der Katalysatorfüllung ausreichend durchströmt werden, so daß dort eine ausreichende chemische Umsetzung der Ausgangsstoffe und eine größere Wärmeentwicklung stattfindet. Demnach wird in dem erfindungsgemäßen Gasgenerator sowohl de Temperatur wie die chemische Umsetzung gleichmäßiger über die gesamte Reaktorfüllung verteilt und der Reaktor kann dadurch höher belastet werden.
4 Figuren
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Claims (20)

  1. Patentansprüche
    1y Gasgenerator zur Umsetzung eines Reaktionsgemisches aus versprühtem, vergastem oder verdampftem flüssigem kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas in ein Brenngas
    "bei erhöhter Temperatur, insbesondere zur Speisung von Brennkraftmaschinen, mit mehreren im Reaktionsraum senkrecht zur Strömungsrichtung der Reaktanten mit Abstand voneinander hintereinander
    angeordneten, mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen versehenen Platten, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20, 21, 40, 41, 42) in eine Füllkörperschüttung (23, 43) eingebettet sind und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als diese.
  2. 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
    größte Abmessung der Füllkörper (23, 43) etwa 1 bis 6 mm beträgt.
  3. 3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
    kleinste Abmessung der Füllkörper (23, 43) mindestens etwa 0,8 mm beträgt.
  4. 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Platten (20, 21) etwa 5 bis 20 mm
    beträgt.
  5. 5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper (23, 43) eine katalytisch aktive
    Oberfläche besitzen.
  6. 6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20, 21) eine katalytisch aktive Oberfläche besitzen.
  7. 7- Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Platten poröse» keramische Sintersteine (20, 21) vorgesehen sind.
  8. 8. Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
    Sintersteine (20, 21) eine Dicke von 5 bis 20 mm aufweisen.
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  9. 9. Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterst eine etwa 10 bi
    Plattenfläche aufweisen.
    Sintersteine etwa 10 bis 100 Durchtrittsöffnungen (24) pro cm
  10. 10. Gasgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen zwischen 0,6 und 3 mm liegt.
  11. 11. Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintersteine (20, 21) eine Dicke von etwa 10 mm und pro cm Plattenfläche etwa 40 Durchtrittsöffnungen (24) von etwa 1 mm, Durchmesser aufweisen.
  12. 12. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der Sintersteine (20, 21) etwa 20 bis Vol.-% beträgt.
  13. 13· Gasgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der Lochsteine eher 100 bis 250 YoI.-% beträgt.
  14. 14. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (40, 41, 42) aus metallischem Werkstoff bestehen.
  15. 15· Gasgenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnittsilächen der Durchtrittsöffnungen (44) pro Plattenflächeneinheit zum Plattenrand hin zunimmt.
  16. 16. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (40, 41, 42) aus Molybdänsilizid bestehen.
  17. 17. Gasgenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Molybdänsilizid katalytisch aktive Komponenten aufgebracht sind.
  18. 18. Gasgenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (40, 41, 42) einen gasdichten Siliziumdioxidüberzug aufweisen.
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  19. 19. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllkörperschüttung Körper (25, 45) aus metallischem Werkstoff mit parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wandflächen angeordnet sind.
  20. 20. Gasgenerator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25, 45) aus Molybdänsilizid bestehen und einen gasdichten Siliziumdioxidüberzug aufweisen.
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