DE2659226A1

DE2659226A1 - Verfahren zum starten eines verbrennungssystems unter verwendung eines katalysators

Info

Publication number: DE2659226A1
Application number: DE19762659226
Authority: DE
Inventors: William C Pfefferle
Original assignee: Engelhard Minerals and Chemicals Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4065917A; ES465676A1; ES454622A1; MX3874E; SE7614587L; BE849926A; FR2337310B1; AR219486A1; AU511697B2; GB1571414A; SE426737B; JPS5293818A; CH615262A5; AU2089876A; BR7608733A; FR2337310A1; IT1075239B

Description

- Patentanwälte!
Dr. Ina. vypftH-

Dr. Hans-Ä. Brauns

Iiliil

28. Dezember 1976 B-1121

ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION 430 Mountain Avenue, Murray Hill, N.J. 07974,V.St,A.

Verfahren zum Starten eines Verbrennungssystems unter Verwendung eines Katalysators

Bei den üblichen thermischen Verbrennungssystemen wird ein Brennstoff und Luft in entflammbaren Anteilen mit einer Zündungsquelle in Kontakt gebracht, beispielsweise mit einem Funken, um die Mischung zu entzünden, die dann weiterbrennt. Entflammbare Mischungen der meisten Brennstoffe werden normalerweise bei verhältnismässig hohen Temperaturen, das heisst in der Grössenordnung von etwa l8l6°C und darüber, verbrannt, wodurch unvermeidlich die Bildung von erheblichen Emissionen von NO sich ergeben. Im Falle von Gasturbinen-

Λ·.

verbrennungsmotoren kann die Bildung von NO vermindert werden, indem man die Verweilzeit der Verbrennungsprodukte in

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• 40'

der Verbrennungszone vermindert. Aber selbst unter diesen Umständen werden dennoch unerwünschte Mengen an NO gebildet.

In Verbrennungssystemen, bei denen ein Katalysator verwendet wird, bildet sich wenig oder kein NO in einem System, welches den Brennstoff bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen verbrennt. Solche Verbrennungen sind bisher im allgemeinen als wenig praktisch zur Erzeugung einer Kraftquelle angesehen worden, weil die Notwendigkeit bestand derartig grosse Mengen an Katalysatoren zu verwenden, die das System übermässig gross und anfällig machen. Infolgedessen sind Verbrennungen unter Verwendung eines Katalysators auf solche Operationen beschränkt worden, die zur Behandlung der Abgasströme von Salpetersäureanlagen, bei denen eine katalytische Reaktion verwendet wird, um die verbrauchte Verfahrens luft, die etwa 2 % Sauerstoff enthält, bei Temperaturen im Bereich von etwa 760 C zu erhitzen.

In der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serial No. 358 411 vom 8. Mai 1973, die hiermit einbezogen wird, wird die Entdeckung einer katalytisch unterstützten thermischen Verbrennung offenbart. Nach diesem Verfahren können kohlenstoffhaltige Brennstoffe sehr wirksam verbrannt werden bei Temperaturen von beispielsweise etwa 927 C bis 1760 C, ohne dass wesentliche Mengen an Kohlenmonoxid und Stickoxiden gebildet werden und wobei ein Verfahren angewendet wird, das als katalytisch unterstützte thermische Verbrennung bezeichnet wird. Um kurz zu umreissen, was in der Patentanmeldung mit der Serial No. 358 411 in grösserem Detail beschrieben wird, kann gesagt werden, dass bei einer üblichen thermischen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen eine entflammbare Mischung von Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und einem Inertgas mit einer Zündungsquelle (zum Beispiel einem Funken) in

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Berührung gebracht wird, um die Mischung zu entzünden. Einmal entzündet brennt die Mischung weiter ohne Unterstützung durch die Entzündungsquelle. Entflammbare Mischungen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen brennen bei verhältnismässig hohen Temperaturen (das heisst
normalerweise erheblich -oberhalb

l8l6°C). Bei diesen Temperaturen bilden sich unvermeidlich erhebliche Mengen an Stickstoffoxiden, wenn Stickstoff anwesend ist, was immer der Fall ist, wenn Luft als Quelle für den Sauerstoff für Ve rbrennungs reaktionen verwendet wird. Mischungen aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und einem Inertgas, die theoretisch bei Temperaturen unterhalb etwa l8l6°C verbrennen würden, sind zu brennstoffarm, um eine stabile Flamme zu unterstützen und können deshalb nicht befriedigend in üblichen thermischen Verbrennungssystemen verbrannt werden.

Bei üblichen katalytischen Verbrennungen wird andererseits der Brennstoff bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen (typischerweise im Bereich von einigen Hundert C bis annähernd 76O⁰C) verbrannt. Vor der in der US-Anmeldung mit der Serial-Nr.

358 411 beschriebenen Erfindung wurden katalytische Verbrennungen jedoch als wenig wertvoll für Quellen thermischer Energie betrachtet. Einerseits verlaufen übliche katalytische Verbrennungen verhältnismässig langsam, so dass unpraktisch grosse Mengen an Katalysatoren erforderlich würden, um ausreichende Verbrennungsabgase zu bilden, die eine Turbine antreiben können oder um die grossen Mengen an Brennstoff zu verbrauchen, die bei den meisten grossen Ofenanlagen benötigt werden. Andererseits sind die Reaktionstemperaturen, wie sie normalerweise bei üblichen katalytischen Verbrennungen vorkommen, zu niedrig, um eine ausreichende Wärmeübertragung

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für viele Zwecke, beispielsweise die übertragung der Wärme auf Wasser in einem Dampfkessel, zu bewirken. Typischerweise sind katalytische Verbrennungen auch verhältnismässig unwirtschaftlich, so dass erhebliche Mengen an Brennstoff unvollständig verbrannt werden oder unverbrannt bleiben, wenn man nicht niedrige Raumgeschwindigkeiten in den Katalysatoren anwendet.

Katalytische Ve rbrennungs reaktionen folgen dem Lauf· der in Figur 1 gezeigten Kurve in dem Ausmass der Region A bis C in dieser Figur. Diese graphische Darstellung enthält eine Auftragung der Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur für einen gegebenen Katalysator und für gegebene Reaktionsbedingungen. Bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen (das heisst in der Region A der Figur 1) nimmt die katalytische Reaktion exponentiell mit der Temperatur zu. Wird die Temperatur weiter erhöht, so kommt die Reaktionsgeschwindigkeit in eine Übergangszone (Region B in der graphischen Darstellung Figur 1), bei welcher der Grad, bei welchem der Brennstoff und der Sauerstoff auf die katalytische Oberfläche übertragen werden, ein weiteres Ansteigen des Reaktionsgrades zu vermindern beginnt. Wird die Temperatur noch weiter erhöht, so kommt der Reaktionsgrad in eine sogenannte durch Massentransport begrenzte Zone (Region C in der graphischen Darstellung der Figur 1), in welcher die Reaktanten nicht auf die katalytische Oberfläche schnell genug übertragen werden können, um mit der katalytischen Oberflächenreaktion mitzuhalten und der Reaktionsgrad fällt ab unabhängig von einer weiteren Temperaturerhöhung. In der durch Massentransport begrenzten Zone kann der Reaktionsgrad nicht durch Erhöhung der Aktivität des Katalysators erhöht werden, weil die katalytische Aktivität nicht bestimmend für den Reaktionsgrad ist. Vor der in der

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US-Anmeldung Serial Nr. 358 411 beschriebenen Erfindung bestand der einzige gängige Weg, um den Reaktionsgrad in der durch Massentransport begrenzten Reaktion zu erhöhen, in einer Erhöhung des Massentransportes. Dies jedoch erfordert typischerweise eine Erhöhung des Druckabfalles entlang des Katalysators und infolgedessen einen erheblichen Verlust an Energie. Manchmal kann ein ausreichender Druckabfall sogar nicht zur Verfügung stehen, um den gewünschten Reaktionsgrad zu gewährleisten. Selbstverständlich kann ein Massentransport bewirkt werden und infolgedessen kann auch mehr Energie gebildet werden, indem man die Menge der Katalysatoroberfläche erhöht. Bei vielen Anwendungen ergibt dies jedoch Katalysatorkonfigurationen einer solchen Grosse und Komplexität, dass die Kosten prohibitiv sind und der Katalysatorkörper unhandlich wird.Beispielsweise kann im Falle von Gasturbinenmotoren der katalytische Reaktor sehr leicht grosser sein als der Motor selbst.

Wie in der Anmeldung mit der Serial Nr. 358 411 beschrieben, wurde festgestellt, dass es möglich ist, eine erhebliche adiabatische Verbrennung in Gegenwart eines Katalysators bei Reaktionsgraden zu erzielen, die viele Male grosser sind als der Grad der durch Massentransport begrenzt ist. Insbesondere wurde gefunden, dass, wenn die Betriebstemperatur des Katalysators in der durch Massentransport begrenzten Region erheblich erhöht wird, der Reaktionsgrad wieder schnell mit der Temperatur ansteigt (Region D der graphischen Darstellung der Figur 1). Dies steht in offensichtlichem Widerspruch zu den Gesetzen der Massentransportkinetik bei katalytischen Reaktionen. Das Phänomen lässt sich durch die Tatsache erklären, dass die Temperatur der Katalysatoroberfläche und der Gasschicht nahe der Katalysatoroberfläche oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungs-

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temperatur der Mischung aus Brennstoff, Luft und jeglichem Inertgas liegt (wie hier beschrieben wird und in der Anmeldung Serial Nr. 358 411 und was die Temperatur bedeutet, bei welcher die Entzündungsverzögerung der Mischung, welche in den Katalysator eintritt, vernachlässigbar ist im Verhältnis zu der Verweilzeit in der Verb renn ungs zone der Mischung, die der Verbrennung unterliegt) und bei einer Temperatur liegt, bei welcher die thermische Verbrennung in einem höheren Grade erfolgt als der Grad der katalytischen Verbrennung. Die Brennstoffmoleküle, welche in diese Schicht eintreten, verbrennen spontan ohne Transport auf die Katalysatoroberfläche. Man nimmt an, dass mit dem Portschreiten der Verbrennung und der Erhöhung der Temperatur die Schicht, in welcher die thermische Verbrennung stattfindet, tiefer wird. Schliesslich wird im wesentlichen das gesamte Gas in der katalytischen Region auf eine Temperatur gebracht, bei welcher die thermische Verbrennung in praktisch dem gesamten Gasstrom stattfindet und nicht nur in der Nähe der Oberfläche des Katalysators. Wenn dieses Stadium innerhalb des Katalysators erreicht ist, dann scheint die thermische Reaktion anzudauern, sogar ohne weiteren Kontakt des Gases mit dem Katalysator.

Das Vorgehende wird hier nur als mögliche Erklärung gegeben und soll in keiner Weise so ausgelegt werden, dass die vorliegende Erfindung dadurch beschränkt wird.

Zu den grossen Vorteilen der vorher beschriebenen Verbrennung in Gegenwart eines Katalysators gehört die Tatsache, dass Mischungen aus Brennstoff und Luft, die für eine gewöhnliche thermische Verbrennung zu brennstoffarm sind, wirksam verbrannt werden können. Da die Temperatur für eine Verbrennung

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für einen gegebenen Brennstoff und gegebene Bedingungen (das heisst Anfangstemperatur und, in einem geringeren Ausmass, Druck) in erheblichem Masse von den Proportionen an Brennstoff, an für die Verbrennung verfügbarem Sauerstoff und an inertem Gas in der zu verbrennenden Mischung abhängen, ist es praktisch, Mischungen zu verbrennen, die durch viel niedrigere Entflammungstemperaturen charakterisiert sind. Insbesondere können kohlenstoffhaltige Brennstoffe sehr wirksam und bei thermischen Reaktionsgraden bei Temperaturen im Bereich von 92 7 bis etwa 176O°C verbrannt werden. Bei diesen Temperaturen werden sehr wenig oder gar keine Stickoxide gebildet. Darüberhinaus ist es möglich, wegen der vorher beschriebenen Stabilität über einen weiten Bereich von Mischungen, die Reaktionstemperatur auszuwählen oder einzustellen über einem entsprechend weiten Bereich, indem man die relativen Anteile an Gasen in den Mischungen auswählt oder einstellt.

Das Verbrennungsverfahren, das in der US-Anmeldung mit der Serial Nr. 358 ^l-11 beschrieben wird, schliesst im wesentlichen eine adiabatische Verbrennung einer Mischung aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Inertgas in Gegenwart eines festen Oxidationskatalysators ein und wird bei einer Temperatur betrieben, die erheblich oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der Mischung liegt aber unterhalb der Temperatur, bei welcher eine erhebliche Bildung von Oxiden des Stickstoffes unter den in dem Katalysator vorliegenden Bedingungen auftritt. Die Grenzen der Betriebstemperatur werden im wesentlichen durch die Verweilzeit und den Druck gesetzt. Die unmittelbare Selbstentzündungstemperatur ist oben definiert wor'den. Eine im wesentlichen adiabatische Verbrennung bedeutet in diesem Falle, dass

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die Betriebstemperatur des Katalysators um nicht mehr als etwa l66 C und noch typischer um nicht mehr als etwa 85⁰C von der adiabatischen Entflammungstemperatur der Mischung, wie sie aufgrund des WärmeVerlustes am Katalysator auftritt, differiert.

Obwohl die vorliegende Erfindung hier insbesondere hinsichtlich Luft als Nichtbrennstoffkomponente in einem Brennstoff-Luft-Gemisch beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass Sauerstoff das Element ist, welches die Verbrennung unterstützt. Gewünschtenfalls kann der Sauerstoffgehalt, der Nichtbrennstoffkomponente variiert werden und der Ausdruck "Luft", wie er hier gebraucht wird, bezieht sich auf die Nichtbrennstoffkomponenten der Mischungen und schliesst jedes Gas oder jede Kombination von Gasen ein, welche Sauerstoff, der für Verbrennungsreaktionen zur Verfügung steht, enthalten.

Während Gasturbinenmotoren, die reine thermische Verbrennung anwenden, bisher hauptsächlich als Hauptantrieb, insbesondere bei Flugzeugen und stationären Kraftwerken, angewendet worden sind, sind sie bisher nicht wirtschaftlich attraktiv geworden, um Landfahrzeuge zu betreiben, wie Traktoren, Busse und Automobile. Ein Grund hierfür ist der anhaftende Nachteil von Systemen, die ausschliesslich auf thermischer Verbrennung oder üblicher katalytischer Verbrennung basieren. Mit dem Fortschritt jedoch, wie er bei der Verbrennung unter Verwendung eines Katalysators in der erwähnten US-Anmeldung beschrieben wird, ist es möglich, Betriebstemperaturen in der GrossenOrdnung von etwa 927°C bis etwa 176O⁰C anzuwenden, so dass Turbinenantriebsmaschinen für Landfahrzeuge und dergleichen nun in den Bereich des Möglichen kommen. Wendet man

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diese Systeme jedoch für den Antrieb von Landfahrzeugen an, die häufig stillliegen und bei denen häufig Unterbrechungen auftreten, so haben diese Systeme erhebliche Schwierigkeiten schnell zu starten, ohne die Luft zu verunreinigen. Die Verwendung dieser Turbinensysteme in Landfahrzeugen stellt ein besonderes Problem dar, wenn nicht ein geeignetes Startverfahren angewendet wird und es ergibt sich eine erhebliche Verunreinigung der Atmosphäre während der Zeit, die erforderlich ist, um die Verbrennungszone, die den Katalysator enthält, auf vollen Betrieb zu bringen. Bis der Katalysatorkörper eine ausreichend hohe Temperatur erreicht,werden wahrscheinlich grosse Mengen an unverbranntem kohlenstoffhaltigen Brennstoff und Kohlenmonoxid in die Atmosphäre abgegeben.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine wirksame Startmethode für ein Verbrennungssystem zur Verfügung zu stellen, welches einen Katalysator anwendet, bei dem alle diese Schwierigkeiten vermieden werden.

Die Erfindung wird beschrieben und erläutert im Hinblick auf folgende Zeichnungen, von denen

Fig. 1, wie oben angegeben, eine graphische Darstellung der Temperaturen gegen den Reaktionsgrad für eine Oxidationsreaktion unter Verwendung eines Katalysators darstellt.

Fig. 2 ist eine schematische Teilschnittansicht eines regenerativen Gasturbinensystems, welches nach der vorliegenden Erfindung arbeitet.

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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum schnellen und wirksamen Starten eines Verbrennung3systems zur Verfügung, bei dem die Verbrennung in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird und ohne dass gleichzeitig mehr als minimale Mengen von verunreinigenden Gasen emittiert werden. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung das Starten von Motoren von Turbinen3ystemen, welche das vorher in der US-Anmeldung mit der Serial Nr. 358 411 beschriebene Verbrennungsverfahren anwenden und wobei eine minimale Verunreinigung der Atmosphäre durch unerwünschte Auspuffkomponenten stattfindet. Die wirksame Verwendung des Brennstoffs und die geringe Verunreinigung der Atmosphäre ist äusserst wichtig aus ökologischen Gründen und sie werden immer kritischer. Von Hauptinteresse ist ein geeignetes System zum Antreiben von beispielsweise beweglichen Fahrzeugen, welche diese Vorteile für die Gesellschaft zeigen, ohne dass erhebliche Rückschläge im Betriebsverhalten oder hinsichtlich der Kosten auftreten.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungssystems unter Verwendung eines Katalysators zur Verfügung gestellt, bei dem ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff in Gegenwart eines Katalysators mit wenigstens einer stöchiometrischen Menge Luft, wie sie für die vollständige Oxidation des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, verbrannt wird, bei dem die Betriebstemperatur des Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Se Ib s t ent ζ ün dungs temperatur der Brennstoff-Luft-Mischung liegt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man einen Katalysator in wesentlicher Abwesenheit von unverbranntem Brennstoff erhitzt, um den Katalysator auf wenigstens eine Temperatur zu bringen, bei

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welcher der durch Massentransport begrenzte Betrieb aufrechterhalten wird und wobei eine innige Mischung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes mit der Luft gebildet wird; dann wird nicht eher als im wesentlichen mit dem Erreichen des Katalysators einer solchen Temperatur, wodurch der durch Massentransport begrenzte Betrieb aufrechterhalten wird, eine Mischung aus Brennstoff und Luft zur Verbrennung an den Katalysator herangeführt und die Verbrennung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Luft-Mischung eine adiabatische Flammtemperatur hat, so dass beim Kontakt mit dem Katalysator die Betriebstemperatur des Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches aber unterhalb einer Temperatur liegt, bei welcher eine erhebliche Bildung von Stickoxiden auftreten würde.

Das Verfahren kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, einschliesslieh Erhitzen des Katalysatorkörpers durch elektrische Mittel, wie Widerstands- oder Induktionsheizung, oder indem man zuerst thermisch ein Brennstoff- und Luft-Gemisch verbrennt und die so gebildete Hitze zu einem . Katalysatorkörper führt. Wenn die Katalysatortemperatur einmal erreicht ist, bei welcher der Katalysator dann den durch Massentransport begrenzten Betrieb unterhält, wird durch die Verbrennung des Brennstoffs in Gegenwart des Katalysators schnell die gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Wenn die Betriebstemperatur erreicht ist, wird durch den Katalysator die Verbrennung der Brennst off dämpfe aufrechterhalten. Nachdem der Katalysatorkörper die Temperatur erreicht hat, bei welcher er den durch Massentransport begrenzten Betrieb aufrechterhält, ist die vorher erwähnte Anwendung von Wärme auf dem Katalysatorkörper

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nicht mehr notwendig und eine Mischung von un verb rannt em Brennstoff und Luft wird in das System eingeführt, um die thermische Verbrennung zu ermöglichen und zu unterstützen in Übereinstimmung mit der vorerwähnten US-Anmeldung, wobei man ein Antriebsfluid für eine Turbine oder die Hitze für einen Brennofen erhält.

Die geeigneten Katalysatoren für die Verwendung bei der Durchführung der Verbrennung, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist, können irgendwelche Katalysatoren sein, wie sie für die Oxidation von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen verwendet werden. Oxidationskatalysatoren, die als Grundmetall solche wie Cer, Chrom, Kupfer, Mangan, Vanadin, Zirkon, Nickel, Kobalt oder Eisen enthalten, oder Edelmetalle, wie Silber oder Platingruppenmetalle, können verwendet werden. Der Katalysator kann dem Festbett- oder dem Pliessbetttyp angehören. Ein oder mehrere hitzebeständige Körper mit Gas durch flus spas sagen, oder ein Katalysatorkörper aus einem gepackten Bett von hitzebeständigen Kugeln, Pellets, Ringen und dergleichen, sind gleichfalls geeignet. Bevorzugte Katalysatoren für die Durchführung der vorerwähnten Verbrennungsmethode gemäss US-Patentanmeldung Serial No. 358 IJll bei beispielsweise Temperaturen in der Grössenordnung von 1093 bis 1649⁰C sind Körper vom monolithischen Honigwabentyp, die gebildet werden aus einem Kern von wärmebeständigem keramischen Material. Die Durchflusskanale in den Honigwabenstrukturen sind gewöhnlich parallel und können jeden gewünschten Querschnitt haben, wie triangular oder

hexangular. Die Anzahl der Kanäle pro 2,5*1 cm kann erheblich variieren, abhängig von der jeweiligen Anwendung, wobei monolithische Honigwaben im Handel erhältlich sind, die etwa zwischen 50 bis 2000 Kanäle pro 2,54 cm enthalten.

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Die Katalysatorsubstratoberflächen der Honigwabenkerne sind vorzugsweise ausgestattet mit einer anhaftenden Beschichtung in Form von calcinierten Slips aus aktivem Aluminiumoxid, die für gute thermische Eigenschaften stabilisiert sein können und in welche ein katalytisch aktives Platingruppenmetall, wie Palladium oder Platin oder Mischungen davon, eingelassen sind'. Der jeweilige Katalysator und die angewendeten Mengen hängen hauptsächlich von der Bauart des Verbrennungsmotors ab, vcn dem Typ dee verwendeten Brennstoffs und von der Betriebstemperatur. Der Druckabfall des Gases, welches durch den Katalysator

2 strömt, kann beispielsweise unterhalb etwa 0,70 kg/cm , vor-

zugsweise 0,21 kg/cm oder weniger als 10 % des Gesamtdruckes betragen.

Wenn das vorher beschriebene verbrennungsverfahren in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird, um eine feststehende Turbine in einem Kraftwerk oder einen feststehenden Motor zu betreiben, so sind keine wesentlichen Startprobleme im allgemeinen vorhanden. Bei solchen Installierungen ist die Betriebsweise im wesentlichen kontinuierlich und es ist erforderlich, das System nur in unbestimmten Abständen zu starten. Infolgedessen sind die erheblichen Emissionen von atmosphärischen Verunreinigungen, die beim Starten auftreten, nicht schwerwiegend wegen der geringen Anzahl der unregelmässigen Starts. Obwohl man diese Verunreinigung bei stationären Systemen tolerieren kann, da diese im allgemeinen kontinuierlich und für längere Zeiträume betrieben werden, können sie nicht toleriert werden bei Fahrzeugen, bei denen die Starts häufig aufgrund der unterbrochenen Betriebsweise sind. Der Start muss auch schnell erfolgen, damit er so wirksam ist wie bei den üblichen zur Zeit

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verfügbaren Automobilen. Dies macht erforderlich, dass der Start nicht mehr als etwa 2 bis 10 Sekunden dauert und während dieser Zeit sollten die Emissionen, wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, keine erheblichen die Umwelt verschmutzenden Problem'* bewirken, selbst wenn 3ie in einer grossen Anzahl von Fahrzeugen verwendet werden. Wenn das Anwerfen alleine zum Starten von fahrzeugartigen Typen mit Gasturbineneinrichtungen verwendet würde, so wäre die erforderliche Zeit nicht tolerierbar und auch nicht die Emissionen von Verunreinigungen in die Atmosphäre.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden schnelle Starts des Verbrennungssystems möglich, indem man schnell Warnte auf den Katalysatorkörper bringt, damit dieser eine Temperatur erreicht, bei welcher er den durch Massentransport begrenzten Betrieb aufrechterhält bevor unverbrannter Brennstoff auf den Katalysatorkörper gebracht wird. Wenn der Katalysatorkörper dann einmal diese Temperatur erreicht hat, kann eine innige Mischung aus Luft und dem un verb rannten Brennstoff auf den Katalysator gegeben werden und die übliche Betriebsweise des Systems kann angewendet werden, wobei die Katalysatortemperatur schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur steigt. Das schnelle Erhitzen des Katalysatorkörpers kann in verschiedenen Formen ermöglicht werden, wie durch das Zuführen von elektrischer Wärme direkt auf den Katalysatorkörper, so das3 dieser auf die vorher erwähnte Temperatur erhitzt wird bevor die Mischung aus Luft und Brennstoff auf den Katalysator geführt wird. In Übereinstimmung mit einer anderen und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Mischung aus Luft und Brennstoff mittels einer Zündkerze oder einer Glühkerze gezündet and innerhalb des Systems thermisch verbrannt, so dass

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Wärme dem Katalysatorkörper zugeführt wird und beim Erhitzen des Katalysators auf wenigstens die Zündungstemperatur wiideine geeignete verbrennbare Mischung von unverbrannten Brennstoffdämpfen und Luft dann auf den erhitzten Katalysator aufgeströmt, so dass die gewünschte Verbrennung durchgeführt werden kann. Wenn der Katalysator die Temperatur erreicht hat, bei welcher er den durch Massentransport begrenzten Betrieb aufrechterhält, wie dies in der Region C der Figur 1, beginnend bei "x" in der Kurve, gezeigt wird, kann die Wärmequelle am Katalysatorbett entfernt werden, weil die fortwährende Verbrennung das Katalysatorbett auf Betriebstemperatur hält. Dabei ist darauf zu achten, dass die während des Starts auf den Katalysator einwirkende Wärme nicht ausreicht, um irgendwelche Anteile des Katalysators zu zerstören oder zu schmelzen. Es wird kein unverbrannter Brennstoff auf den Katalysator gebracht bis dieser die vorerwähnte Temperatur erreicht hat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung von unverbranntem Brennstoff und Luft nicht auf den Katalysatorkörper geführt bis dieser eine Temperatur erreicht hat, bei welcher er die gewünschte schnelle Verbrennung aufrechterhält, wie dies beispielsweise in der Region D der Figur 1, beginnend am Punkt "y", gezeigt wird. Durch diese bevorzugte Verfahrensweise werden verunreinigende Emissionen während des Startens auf einem Minimum gehalten.

Wenn das Startverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ist es möglich die Verbrennung in der Katalysatorzone innerhalb von 10 Sekunden zu starten und häufig

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innerhalb von 2 Sekunden, ohne dass in die in die Atmosphäre entströmenden Abgasen mehr als etwa 10 Teile pro Million Volumenteile (ppmv) an Kohlenwasserstoffen, nicht mehr als etwa 100 ppmv Kohlenmonoxid und nicht mehr als etwa 15 ppmv Stickoxide und vorzugsweise weniger als etwa 10 ppmv Stickoxide, die aus dem atmosphärischem Stickstoff stammen, abgegeben werden.

Wenn der Katalysator des Systems die gewünschte Temperatur erreicht hat, kann die auf den Katalysator einwirkende Wärme abgezogen werden. Wird zum Beispiel die thermische Verbrennung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft, welches zum Starten angewendet wird, nicht beendet, wenn diese nicht mehr benötigt wird, so steigt dadurch die Neigung, dass eine eigene Verunreinigungsquelle in den Emissionen gebildet wird und ausserdem wäre eine solche Verfahrensweise verschwenderisch und die kontinuierliche Einführung von Wärme auf den Katalysator kann auch eine überhitzung und Zerstörung des Katalysators verursachen. Es kann jedoch erforderlich sein, eine abnehmende Menge an Wärme zuzuführen, um gewisse flüssige Brennstoffe zu verdampfen. Auf jeden Fall steht das System für eine normale Arbeitsweise zur Verfügung, wenn der Katalysator auf der mindesterforderlichen Arbeitstemperatur ist und die äussere Zuführung an Wärme dann vorteilhafterweise abgebrochen wird.

Die bei der vorliegenden Erfindung sowohl zum Starten als auch für das normale Arbeiten verwendeten Brennstoffe können Gase oder Flüssigkeiten bei Umgebungstemperaturen sein. Sind sie flüssig, so haben die Brennstoffe vorzugsweise einen Dampfdruck, der gross genug ist, damit sie im wesentlichen mit der verwendeten Luft vollständig verdampfen

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und zwar mit oder ohne die Hilfe der dem System zugeführten Wärme. Die Brennstoffe 3xnd gewöhnlich kohlenstoffhaltig und können normale, flüssige Kohlenwasserstoffe enthalten, beispielsweise Hexan, Cyclohexan und andere normale, cyclische und verzweigte Kohlenwasserstoffe, einschliesslich aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol, Benzol, Gasolin, Naphtha, Plugbenzin (für Düsenflugzeuge), Dieselkraftstoff und dergleichen. Es können auch gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan oder Propan, verwendet werden. Andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe, wie Alkanole mit etwa 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder mehr, beispielsweise Methanol, Äthanol, Isopropanol und dergleichen und andere Stoffe, die kombinierten Sauerstoff enthalten, können verwendet werden. Verschiedene Benzinfraktionen können angewendet werden einschliesslich Kerosin, Brennstofföle und sogar Rückstandsöle.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr weiter in Bezug auf Fig. 2 der Zeichnung beschrieben, in welcher eine schematische Teilansicht einer regenerativen Gasturbinenanordnung, die gemäss der Erfindung betrieben wird, gezeigt ist.

Das Turbinensystem in Fig. 2, welches gemäss der vorliegenden Erfindung arbeitet, wird generell mit der Ziffer 10 bezeichnet. Wie angegeben,tritt die Luft in den Kompressor durch den Lufteinlass 16 ein. Die komprimierte Luft wird dann durch den Kanal 16 zum Regenerieren des Wärmeaustauschers 18 geführt. Die Luft verlässt den Wärmeaustauscher 18 in die Kammer 20. Ein Thermopaar 19 wird am Ausgang des Wärmeaustauschers 18 angebracht, um die Temperatur der komprimierten Luft, die mit dem Brennstoff vermischt wird, zu messen. Leitung 21 übermittelt das Signal des Thermopaars

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zu einer geeigneten Empfängerstation. Die Kammer 20 dient auch als der Brennstoffverteilungsteil des Turbinensystems. Der thermische Verbrenner wird allgemein mit der Ziffer 22 bezeichnet und wird im gegen den Strom gerichteten Teil der genannten Kammer 20 gezeigt.

Der thermische Verbrenner 22 besteht aus einer zylindrischen Abschirmung 24, die konzentrisch innerhalb der Kammer 20 sich befindet und dazu dient, ein Verbrennen des thermischen Verbrenners während des Startens zu unterbinden und die einen Viärmeübergangspuffer von der thermischen Verbrennungszone zu den Wänden der Kammer 20 bildet. Der Schild 2 4 ist wünschenswerterweise mit Schlitzen 25 in den Wandungen, wie es bei Verbrennern üblich ist, ausgerüstet. Dadurch wird ein überhitzen der Wandungen vermieden, wie sie anderenfalls durch die Einwirkung der Flammen auftreten könnte. Am Ende des gegen den Strom gerichteten Teils des Schildes 2¹I befindet sich das Ventil 26. Das Ventil 26 ist so beschaffen, dass es während des Startens des Motors aktiviert wird, um den Durchfluss zu begrenzen und damit auch die Geschwindigkeit der Luft, die durch den Schild 24 fliesst, um ein Verbrennen zu verhindern. Die Stellungdes Ventils 26 wird durch den Hebel 28 bewirkt, der durch die Kontrolleinrichtung 30 aktiviert wird, die beim Empfang eines elektrischen Signale über die Leitung 32 das Signal in eine mechanische Antwort umwandelt. Treibstoff wird in die thermische Verbrennungszone durch die Verteilungsdüse 34 eingeführt und wird in die fctromrichtung geführt. Der Zünder 36 ist so angebracht, dass der Brennstoffstrahl aus der Verteilungsdüse 34 entzündet werden kann. Der Zünder 36 wird durch Strom mit Energie durch die Leitung 38 beliefert.

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Der Brennstoff für den Brenner wird durch die Kammer 20 durch die Düse 40 verteilt. Der Brennstoff für die thermische Verbrennung beim Starten und für die weitere Verbrennung unter Anwendung des Katalysators kommt aus der Leitung 42, welche das Ventil 44 mit Brennstoff versorgt. Das Ventil 44 wird elektrisch aktiviert durch ein Signal, das durch die Leitung 26 übermittelt wird, damit der gesamte Brennstoff durch die Leitung 48 zu der Verteilungsdüse 34 gelangt oder um den gesamten Brennstoff durch die Leitung 50 (welche hinter der Kammer 20 verläuft und auf der anderen Seite bei 50a eine Biegung macht) mit dem Auslass der Düse 40 in Verbindung zu bringen. Der Katalysatorkörper 52 ist in Stromrichtung von der Düse 40 angebracht und so abgebildet, dass er der Turbinenschaufel 54 anliegt. Wie gezeigt, befindet sich der Katalysatorkörper in einer solchen Stellung, dass eine Schädigung durch Flammen aus dem thermischen Verbrenner 22 am Katalysator vermieden wird. Die Turbinenschaufel 54 ist mit einer Antriebswelle 56 verbunden, die dazu dient den Kompressor 12 anzutreiben und die auch die Bewegungskraft liefert. Die Thermopaare 58 und 60 sind vor und hinterder Turbinenschaufel angebracht, um die Temperatur des Gases und den Temperature fall an der Turbinenschaufel zu messen.

Die Turbinenkomponenten sind wünschenswerterweise so konstruiert, dass sie aus einem hochtemperaturbeständigen Material bestehen, wie Siliciumnitrid oder anderen Hochtemperaturmaterialien, damit die Turbine hohen Temperaturen widerstehen kann. Alternativ kann man die Einwirkung von hohen Temperaturen auf die Turbinenkomponenten vermindern, indem man mit Luft kühlt, wie dies für Turbinenkonstrutionen allgemein bekannt ist.

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Die Abgase werden vom Gebiet der Turbinenschaufel durch die Rohrleitung 62 abtransportiert. Die Rohrleitung 62 leitet die Abgase in den Wärmeaustauscher 18, wo die Wärme der Abgase verwendet wird für den indirekten Wärmeaustausch zum Vorerhitzen der einströmenden Luft für die Verbrennung. Der Auslass 66 wird verwendet, um die Abgase beispielsweise in die Atmosphäre abzuleiten und ist mit einen Wärmeaustauscher 68 versehen, durch welchen der eingeführte Brennstoff in der Leitung k2 durch indirekten Wärmeaustausch erhitzt wird.

Bei dem Startverfahren nach dem Verfahren der Erfindung wird das Turbinensystem wie folgt gestartet: Ein elektrischer Startmotor (nicht gezeigt) wird mit Energie versorgt und dient zum Drehen der Welle 56, wodurch der Kompressor 12 in Betrieb genommen wird. Die Antriebswelle 56 dient auch zum Zuführen von Energie auf die Brennstoffpumpe (nicht gezeigt), durch welche Brennstoff der Leitung 42 zugeführt wird. Gleichzeitig mit der Zufuhr von Energie auf den Startmotor wird der Zünder 36 durch ein Signal mit Energie versorgt, welche durch die Leitung 38 kommt und das Ventil ^H wird durch ein Signal aktiviert, welches durch die Leitung HC kommt, damit der gesamte Brennstoff zur Verteilungsdüse 3^ geleitet wird. Der flüssige Brennstoff wird in die Verbrennungszone gesprüht und mit der einströmenden Luft aus dem Kompressor gezündet. Eine typische Temperatur der Flamme liegt bei etwa 2200 C. Mit zunehmender Turbinengeschwindigkeit wird die Kontrolleinrichtung 30 durch ein Signal mit Energie versorgt, welches durch·die Leitung 32 übermittelt wird, um den Hebel 28 in Bewegung zu setzen und das Ventil 26 in die Position zu bringen, die in der Zeichnung durch eine feste Linie angegeben ist. Die Position des Ventils 26, die halbgeschlossen ist, vermeidet ein Durchschlagen der Flammen durch eine zu hohe Luftgeschwindigkeit. Alternative Massnalimen, wie die Verwendung von

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Prallblechen und dergleichen können gleichfalls angewendet werden, um eine zu grosse lokale Luftgeschwindigkeit, durch welche ein Durchgehen verursacht werden könnte, zu vermeiden. Die Temperatur der erhitzten Gase, die auf den Katalysator geleitet werden, liegt in der GrossenOrdnung von 1649°C. Der Zünder 36 kann abgestellt werden, wenn die Zündung erfolgt ist. Dies kann gleichzeitig geschehen mit dem Loslösen und Abstellen des Startmotors. Der thermische Verbrenner kann dazu dienen, die anfängliche Startdrehung der Turbine zu initiieren.

Sobald der Katalysator auf eine Temperatur erhitzt worden ist, bei welcher ein durch Massentransport begrenzter Betrieb aufrechterhalten, wird,und vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches, welches auf den Katalysator auftrifft, wobei durch das Thermopaar 58 angezeigt wird, dass eine vorbestimmte Temperatur erreicht worden ist, wie durch das Thermopaar 19, welches ein Signal übermittelt, das proportional der Temperatur in der Leitung 21 zu einer Empfangsvorrichtung (nicht gezeigt) gegeben wird oder durch die Tatsache, dass eine thermische Vorerhitzungsverbrennung für eine ausreichende Zeit stattgefunden hat, wird ein grösserer Anteil der Brennstoffzufuhr aus der Verfceilungsdüse 34 auf die Düse 40 abgeleitet. Sobald eine ausreichende Erwärmung des Katalysators stattgefunden hat, zum Beispiel indem der Katalysator eine Temperatur von wenigstens 677 C hat und vorzugsweise eine Temperatur, die so hoch ist wie 1O93°C, werden gleichzeitig Signale auf die Kontrolleinrichtung 30 und das Ventil 44 durch die Leitungen 32 und 46 gegeben, um das Ventil 26 in die Position zu bringen,

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wie sie durch die unterbrochene Linie angezeigt ist, und um den Treibstoffstrom durch die Verteilung-düse 34 erheblich zu vermindern und stattdessen einen grösseren Anteil des Treibstoffs durch die Düse 40 abzuleiten. Vorzugsweise sollte ein kurzer aber begrenzter Verzug nach der Verminderung des TreibstoffStroms aus der Verteilerdüse 34 vorliegen bevor der Brennstoff in die Düse 4o eingeführt wird, um eine Vorentzündung des aus der Düse 40 ausströmenden Treibstoffs unter Bedingungen, bei denen die FIiessgeschwindigkeit der Luft nicht ausreicht, um dia thermische Verbrennung des Treibstoffs am Verteilungsventil 34 zu unterbinden, zu verhindern. Falls keine Verzögerung stattfindet, kann der Treibstoff, welcher aus der Düse herauskommt, entzündet werden bevor die Flammen, die aus der Verbrennung des Treibstoffs aus der Vertei lungs düse resultieren, ausreichend ihre Intensität vermindert haben. Dies soll natürlich vermieden werden.

Die durch den Brennstoff unterstützten Flammen, der in verminderter Menge aus dem Verteilungsventil 34 ausströmt, lässt man eine kurze Zeit brennen, um die Luft vorzuerhitzen, um damit den flüssigen Treibstoff zu verdampfen, wenn er aus der Düse 40 ausströmt, bis die Luft, die aus dem Wärmeaustauscher 18 ausströmt, ausreichend warm ist, um den Treibstoff zu verdampfen. Nach Eintritt der Zündung in der Katalysatorζone dient die thermische Verbrennung, welche durch den aus der Verteilungsdüse 34 austretenden Brennstoff erzeugt wird, einer vollständig anderen Funktion. Sie dient nicht mehr zum Erhitzen des Katalysatorkörpers, sondern zum Verdampfen des Treibstoffes.

Wenn das System in vollem Betrieb ist, ist der Wärmeaustauscher 18 in der Lage, die gesamte Vorerhitzung, die

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zum Verdampfen des Treibstoffes erforderlich ist, zu bewerkstelligen und die Verteilungsdüse 3*J kann abgestellt werden und die rein thermische Vorerhitzungsverbrennung kann beendet werden. Die normale Zeitdauer, die erforderlich ist, um das Vorerhitzen aus der Verteilungsdüse 3^ fortzusetzen, nachdem der Treibstoff abgeleitet worden ist auf die Düse 40, kann in der Grössenordnung von 30 Sekunden oder erheblich länger liegen, je nach der Anfangs temperatur und der Masse des Wärmeaustauschers 18.

Selbstverständlich kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit Turbinensystemen durchgeführt werden, in denen die Luft dem Verbrenner aus dem Kompressor direkt ohne Vorerhitzung zugeführt wird. In solchen Systemen ist die Luft aus dem Kompressor normalerweise heiss genug für die Verdampfung des Treibstoffes, sobald die Turbine ihre Arbeitsgeschwindigkeit erzielt hat.

Sobald die Verbrennung in der den Katalysator enthaltenden Zone stattfindet, wird das Brennstoff-Luft-Gemisch auf den Katalysator mit einer Gasgeschwindigkeit zugeführt, vor oder an dem Einlass des Katalysators, die über der maximalen Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit liegt. Dadixrch wird ein Zurückschlagen vermieden, welches die Bildung von NO verursacht. Vorzugsweise wird diese Geschwindigkeit in der Nähe des Katalysatoreinlasses aufrechterhalten. Geeignete lineare Gasgeschwindigkeiten liegen gewöhnlich oberhalb etwa 90 cm/Sekunde, aber es ist selbstverständlich, dass erheblich höhere Geschwindigkeiten erforderlich sein können in Abhängigkeit von solchen Paktoren, wie Temperatur, Druck und Zusammensetzung.

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Claims

Patentansprüche

( 1.j Verfahren zum Starten eines Verbrennungssystems unter Verwendung eines Katalysators, bei dem kohlenstoffhaltiger Brennstoff in Gegenwart eines Katalysators mit wenigstens einer stöcniometrisehen Menge Luft für die vollständige Oxidation des Brennstoffes zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird und bei dem die Betriebstemperatur des Katalysator erheblich oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der Brennstoff-Luft-Mischung liegt, 'dadurch gekennzeichnet, dass man

a) den genannten Katalysator in praktischer Abwesenheit von unverbranntem Brennstoff erhitzt und ihn auf wenigstens eine Temperatur bringt, bei welcher er einen durch Massentransport begrenzten Betrieb aufrechterhält,

b) eine innige Mischung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes mit Luftbildet und

c) nicht eher, sondern im wesentlichen gleichzeitig mit dem Erreichen der genannten Temperatur durch den Katalysator, bei welcher der durch Massentransport begrenzte Betrieb aufrechterhalten wird, die genannte Mischung aus Treibstoff und Luft dem Katalysator zur Verbrennung zuführt, wobei die Verbrennung des genannten Treibstoff-Luft-Gemisches gekennzeichnet ist durch eine adiabatische Entflammungstemperatur, so dass bei Berührung mit dem Katalysator die Betriebstemperatur des genannten Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der ge-

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nannten Treibstoff-Luft-Mischung, aber unterhalb einer Temperatur liegt, bei welcher eine wesentliche Bildung von Stickoxiden stattfinden würde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die Verbrennung in Gegenwart des genannten Katalysators bewirkt wird, die Geschwindigkeit der Mischung aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Luft am Katalysatoreingang oder stromaufwärts auf dessen maximaler Plammenausbreitungsgeschwindigkeit gehalten wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Katalysators unterbrochen wird, nachdem die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators erzielt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabatische Flammentemperatur des genannten Brennstoff-Luft-Gemisches im Bereich von etwa 927 bis etwa 176O°C liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des genannten Katalysators erzielt wird, indem man kohlenstoffhaltigen Treibstoff in einer thermischen Verbrennungszone verbrennt und die erzeugte Hitze auf den Katalysator leitet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Katalysators elektrisch erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Treibstoff-Luft-Mischung auf den Katalysator geleitet wird bevor das Erhitzen des Katalysators unterbrochen worden ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Treibstoff^Luft-Mischung auf den Katalysator geführt wird im wesentlichen gleichzeitig mit dem Unterbrechen des Erwärmens des Katalysators.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Verbrennung in Gegenwart eine3 Katalysators unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen durchgeführt wird.
10. Verfahren zum Anlassen eines Gasturbinehsystems, bei dem ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff in Gegenwart eines Katalysators mit wenigstens einer stöchiometrischen Menge an Luft für die vollständige Umsetzung des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird, wobei die Betriebstemperatur des Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der Brennstoff-Luft-Mischung liegt, und wodurch ein bewegliches Fluid gebildet wird mittels welchem die Turbine angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) den Katalysator in praktischer Abwesenheit von unverbranntem Treibstoff erhitzt, um ihn auf wenigstens eine Temperatur zu bringen, bei welcher ein durch Massentransport begrenzter Betrieb aufrechterhalten wird,

b) eine innige Mischung von kohlenstoffhaltigem Treibstoff und Luft bildet,

c) nicht früher, sondern im wesentlichen gleichzeitig, wenn der Katalysator die genannte Temperatur erreicht hat, bei welcher ein durch Massentransport begrenzter Betrieb aufrechterhalten wird, die erwähnte stöchio-

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• f.

metrische Mischung aus Treibstoff und Luft auf den Katalysator zur Verbrennung führt, dass man die erwähnte Verbrennung unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen durchführt und dabei die genannte Brennstoff-Luft-Mischung eine adiabatische Entflammungstemperatur hat, so dass beim Kontakt mit dem genannten Katalysator die Betriebstemperatur des genannten Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur des genannten Treibstoff-Luft-Gemisches liegt, aber unterhalb einer Temperatur, bei der eine wesentliche Bildung von Stickoxiden stattfindet , und

d) die Abgase aus der genannten Verbrennung durch die Turbine zum Drehen der Turbine leitet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in Gegenwart des genannten Katalysators bewirkt wird, dass die Geschwindigkeit der genannten Mischung aus Brennstoff und Luft am Katalysatoreinlass bzw. stromaufwärts oberhalb der maximalen Plammenausbreitungsgeschwindigkeit gehalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des Katalysators unterbrochen wird, wenn die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators einmal begonnen hat.
13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabatische Entflammungstemperatur des genannten Treibstoff-Luft-Gemisches im Bereich von etwa 927 bis etwa 176O°C liegt.

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14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Treibstoff-Luft-Mischung auf den Katalysator geleitet wird bevor das Erhitzen des Katalysators unterbrochen worden ist.
15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dasss die genannte Treibstoff-Luft-Mischung auf den Katalysator geleitet wird im wesentlichen gleichzeitig mit der Unterbreehnung des Erhitzens des genannten Katalysators.
16.- Verfahren zum Starten eines Verbrennungssystems unter Verwendung eines Katalysators, bei dem kohlenstoffhaltiger Brennstoff in Gegenwart eines Katalysators mit wenigstens einer stöchiometrischen Menge Luft für die vollständige Oxidation des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird und bei dem die Betriebstemperatur des Katalysators erheblich oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der Brennst off-Luft-Mischung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) eine erste Mischung aus Brennstoff und Luft bildet,

b) die genannte erste Mischung in einer thermischen Verbrennungszone thermisch verbrennt unter Bildung einer Wärmequelle und dass man die Wärme auf den Katalysator richtet in praktischer Abwesenheit von unverbranntem Brennstoff, um den Katalysator auf wenigstens eine Temperatur zu bringen, bei welcher er einen durch Massentransport begrenzten Betrieb aufrechterhält,

c) eine zweite Mischung aus einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff und Luft als innige Mischung bildet,

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d) nicht eher, sondern im wesentlichen gleichzeitig mit dem Erreichen der genannten Temperatur durch den Katalysator, bei welcher der durch Massentransport begrenzte Betrieb aufrechterhalten wird, die genannte Mischung aus Brennstoff und Luft dem Katalysator zur Verbrennung zuführt, wobei die Verbrennung des genannten Brennstoff-Luft-Gemisches gekennzeichnet ist durch eine adiabatische Entflammungstemperatur, so dass bei Berührung mit dem Katalysator die Betriebstemperatur des genannten Katalysators im wesentlichen oberhalb der unmittelbaren Selbstentzündungstemperatur der genannten Brennst off-Luft-Mischung, aber unterhalb einer Temperatur liegt, bei welcher eine wesentliche Bildung von Stickoxiden stattfinden würde.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators im wesentlichen unter adiabatischen Bedingungen vorgenommen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Verbrennung in Gegenwart des genannten Katalysators die Geschwindigkeit der genannten zweiten Mischung an kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Luft am Katalysatoreinlass bzw. stromaufwärts davon oberhalb der maximalen Flammenausbreitungsgeschwindigkeit gehalten wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der Verbrennung in Gegenwart des genannten Katalysators das Erhitzen des Katalysators unterbrochen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabatische Entflammungstemperatur des genannten

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Brennstoff-Luft-Gemisches im Bereich von etwa 927 bis 176O°C liegt.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verbrennung, welche zum Erhitzen des Katalysators verwendet wird, beendet wird nach Einführen der genannten zweiten Mischung auf den Katalysator.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verbrennung, die zum Erhitzen des Katalysators verwendet wird, im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einführen der genannten zweiten Mischung auf den Katalysator beendet wird.
23. Ein Turbxnensystem, bestehend aus:

einer Gasturbine,

Vorrichtungen zum Bilden einer Mischung von komprimierter Luft und Brennstoff,

einem Verbrenner mit einem darin verfügbaren Katalysator zum Aufnehmen und Verbrennen der genannten Mischung unter Bildung eines Verb rennungs ab f lusses, Vorrichtungen zum Vorerhitzen des genannten Katalysators in wesentlicher Abwesenheit von unverbranntem Brennstoff vor dem Einführen der genannten Mischung in den genannten Verbrenner und

Vorrichtungen, um die genannten Verbrennungsabgase zum Treiben einer Turbine zu leiten.
24. Turbinensystem nach Anspruch 23, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung zum Vorerhitzen des Katalysators aus einem thermischen Verbrenner zum Verbrennen einer Mischung aus Brennstoff und Luft unter Ausbildung eines heissen

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Verbrennungsabflusses besteht, der im wesentlichen frei von unverbranntem Brennstoff ist, und Vorrichtungen, um die genannten heissen Verbrennungsabgase an dem genannten Katalysator vorbei zum Vorerhitzen des Katalysators zu führen.

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