DE306314C - - Google Patents
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Description
Vorliegendes Verfahren betrifft eine Ausbildung des Verfahrens zur Herstellung von Wasserstoff durch abwechselnde Oxydation von Eisen mit Wasserdampf und Reduktion des dabei gebildeten Eisenoxyds mit reduzierenden Gasen.The present method relates to an embodiment of the method for producing Hydrogen through alternating oxidation of iron with water vapor and reduction of the iron oxide thus formed with reducing gases.
Während die Durchführung dieses Prozesses im Einzelschacht bekannt ist, werden nach vorliegendem Verfahren zwei oder mehr mitWhile performing this process is known in the single shaft, two or more with
ίο Eisenkontaktmasse beschickte Erzeugerschächte derartig miteinander kombiniert, daß in der Reduktionsperiode der eine Schacht mit hochwertigem Gas reduziert wird und gleichzeitig das Abgas dieses Schachtes zur Beheizung des anderen Schachtes verwendet wird, während in der Oxydationsperiode der Dampf beide Schächte hintereinander durchstreicht, so daß er in Berührung mit der Eisenmasse erst überhitzt und dann unter Wasserstoffentwicklung gespalten wird.ίο Iron contact mass charged producer shafts combined with each other in such a way that in the reduction period the one shaft with high quality Gas is reduced and at the same time the exhaust gas of this shaft for heating of the other shaft is used, while in the oxidation period the steam crosses both shafts one behind the other so that it comes into contact with the iron mass is first overheated and then cleaved with evolution of hydrogen.
Die Erfindung· soll an Hand eines auf der beiliegenden Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert werden.' ■ ■ ■■The invention · is based on one of the accompanying drawing schematically illustrated embodiment will.' ■ ■ ■■
'25 Der beispielsweise schachtförmig ausgebildete Zersetzer 1 steht durch einen Kanal 2 mit einem zweiten Zersetzer 3 in Verbindung. Die Zersetzer sind in bekannter Weise mit einer Anzahl Füllöffnungen 5 ausgerüstet und mit eisenhaltiger Kontaktmasse, wie z. B. Eisenerz oder Reaktionssteinen, die durch Mischen von Eisenoxyd mit feuerfestem Material, wie Magnesia, hergestellt sind, gefüllt. Das Arbeiten mit dieser Vorrichtung gestaltet sich beispielsweise wie folgt:'25 The decomposer 1, which is designed, for example, in the shape of a shaft, stands with a channel 2 a second decomposer 3 in connection. The decomposers are in a known manner with equipped with a number of filling openings 5 and with ferrous contact compound, such as. B. Iron ore or reaction stones obtained by mixing iron oxide with refractory material, like magnesia, are made filled. Working with this device is designed for example as follows:
■ ■ Durch Öffnen von Ventil 6 leitet man aus der Gasleitung 7 hochwertiges Reduktionsgas, z. B. Wassergas, das eventuell in bekannter Weise noch vorgewärmt werden kann, in Schacht i. - ' 40,■ ■ By opening valve 6, high-quality reducing gas is fed out of gas line 7, z. B. water gas, which may still be preheated in a known manner, in Shaft i. - '40,
Das Reduktionsgas durchströmt den Zersetzer ι von unten nach oben unter Reduktion der Eisenkontaktmasse, entweicht ,durch Öffnung 8 in den Kanal 2 und durchströmt denselben im Sinne der Pfeilrichtung. Durch Luftleitung 9 wird gleichzeitig Luft in den Kanal 2 eingeblasen; wodurch die Abgase der Reduktion vollends verbrannt werden. Das Gasluftgemisch strömt im Sinne der Pfeilrichtung durch die öffnung io in den Zersetzer 3 und geht von oben nach unten unter Beheizung der Kontaktmasse durch diesen Zersetzer. Die Abgase der Verbrennung entweichen durch Schieber 11 in den Schornstein 12. . The reducing gas flows through the decomposer ι from bottom to top with reduction the iron contact mass, escapes, through opening 8 into channel 2 and flows through it same in the direction of the arrow. Air line 9 is simultaneously air into the Channel 2 blown in; whereby the exhaust gases from the reduction are completely burned. That The gas-air mixture flows in the direction of the arrow through the opening io into the decomposer 3 and goes from top to bottom while heating the contact mass through this decomposer. The exhaust gases from combustion escape through slide 11 into the chimney 12..
Es wird also die Kontaktmasse des Zersetzers ι mit hochwertigen Reduktionsgasen behandelt, während die Kontaktmasse des Zersetzers 2 gleichzeitig mit den heizschwachen Abgasen der Reduktion beheizt wird.So it becomes the contact mass of the decomposer with high-quality reducing gases treated, while the contact mass of the decomposer 2 at the same time with the heat weak Exhaust gases of the reduction is heated.
Hierauf leitet man durch Dampfleitung 13 eventuell noch anderweit vorgewärmten Wasserdampf in den Unterteil des Zersetzers 3 ein. Der Dampf durchströmt die glühende Kontaktmasse des Zersetzers 3, gelangt durch Kanal 2 in den Oberteil des Zersetzers 1 und durchstreicht die dort befindliche, durch den vorhergehenden Arbeitsgang teilweise reduzierte Eisenmasse von oben nach unten. Hierbei wird der Dampf in bekannter Weise unter Entbindung von Wasserstoff zersetzt, welch letzterer durch Schieber 14 und Rohrleitung 15Steam that may have been preheated in another way is then passed through steam line 13 into the lower part of the decomposer 3. The steam flows through the glowing contact mass of the decomposer 3, passes through channel 2 into the upper part of the decomposer 1 and crosses out the one located there, which has been partially reduced by the previous operation Iron mass from top to bottom. Here, the steam is under in a known manner The release of hydrogen is decomposed, the latter through valve 14 and pipe 15
nach Schließen der Kaminklappe 16 in die Wasserstoffvorlage 17 abgeleitet wird. Hierauf werden die vorstehend beschriebenen Vorgänge wiederholt, zweckmäßig im umgekehrten Sinne, also derart, daß zuerst der Inhalt des Zersetzers 3 durch Einleiten von Gas mittels Schieber 18 reduziert, mit den heizschwachen Abgasen die Kontaktmasse des Zersetzers 1 beheizt, sodann aber in Zersetzer 1 Wasserdampf eingeleitet und überhitzt und dann durch das reduzierte Material des Zersetzers 3 zwecks Entbindung des Wasserstoffs geleitet wird. Die Umkehrung der Richtung der Gasströme trägt dazu bei, die Wärme gleichmäßig in den Eisenmassen zu verteilen. Zum Zwecke der Anheizung sowie um die Einlegung besonderer Heizphasen im Bedarfsfalle zu ermöglichen, kann man eine besondere, in der Zeichnung durch die Windzule^ng 9 verdeckte Gashilfsleitung vorsehen, so daß man gleichzeitig Gas und Wind in den Kanal 2 einleiten kann. Das Gasluftgemisch durchströmt die Zersetzer unter Beheizung der . darin befindlichen Kontaktmasse von oben nach unten, um dann durch den Schornstein 12 abzugehen.after closing the chimney flap 16 is discharged into the hydrogen reservoir 17. On that the processes described above are repeated, expediently in reverse Meaning, so in such a way that first the content of the decomposer 3 by introducing Gas reduced by means of slide 18, with the low-heating exhaust gases the contact mass of the Heated decomposer 1, but then introduced into decomposer 1 and superheated and steam then through the reduced material of the decomposer 3 for the purpose of releasing the hydrogen is directed. Reversing the direction of the gas flows helps reduce the heat to distribute evenly in the iron masses. For the purpose of heating up as well as around the To enable the introduction of special heating phases in case of need, a special, in the drawing by the wind allowance 9 provide a concealed auxiliary gas line so that gas and wind can be fed into the at the same time Channel 2 can initiate. The gas-air mixture flows through the decomposers while being heated the . the contact mass located in it from top to bottom, to then through the chimney 12 to go off.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Vereinfachung der Erläuterung schematisch dargestellt. In Wirklichkeit kann man die Apparatur mit bekannten Mitteln der Technik erheblich vereinfachen. Man kann z. B. ein Vierwegeventil vorsehen, an welches Schacht 1 und 3 einerseits, andererseits eine Gasleitung 7 und der Kamin 12 angeschlossen sind und welches in der einen Stellung, die Gaszuleitung 7 mit dem Zersetzer ι verbindet und gleichzeitig die Verbindung, von 3 mit dem Kamin herstellt, in der zweiten Stellung die Gaszuleitung mit 3 verbindet und die Verbindung von 1 mit dem Kamin herstellt. Die Ableitung des Wasserstoffs erfolgt dabei durch die an die Kaminleitung 12 angeschlossene Leitung 15 in die Vorlage 17, sobald die Klappe 16 geschlossen ist.In the embodiment, the means is to simplify the explanation shown schematically. In reality one can use the apparatus by known means simplify the technology considerably. You can z. B. provide a four-way valve which shaft 1 and 3 on the one hand, on the other hand a gas line 7 and the chimney 12 are connected and which in one position, the gas supply line 7 with the decomposer ι connects and at the same time establishes the connection from 3 to the fireplace in the second position connects the gas supply line with 3 and the connection of 1 with the Fireplace manufactures. The discharge of the hydrogen takes place through the to the chimney pipe 12 connected line 15 into the template 17 as soon as the flap 16 is closed.
Man .kann selbstverständlich auch die beiden Zersetzer näher zusammenlegen, um den Kanal 2 zu verkürzen und an Raum, zu gewinnen. Selbstverständlich kann man auch die Zersetzer dicht nebeneinander in einen großen Generator legen oder in einen z. B. rechteckigen Generatorschacht zwei oder mehrere Einzelschächte einbauen, oder eine Konstruktion wie in der Patentschrift 268339 beschrieben, verwenden.You can of course also bring the two decomposers closer together to get the Shorten channel 2 and gain space. Of course, you can also put the decomposers close together in one put a large generator or in a z. B. rectangular generator shaft two or more Install individual shafts or a construction as in patent specification 268339 described, use.
Statt, wie in vorstehendem Beispiel, zweier Schächte kann man auch mehr Schächte verwenden. Instead of two shafts, as in the previous example, you can also use more shafts.
In der Zeichnung Fig. 3 ist z. B. die Durchführung des Verfahrens unter Verwendung von vier Schächten schematisch dargestellt. Die mit eisenhaltigen Kontaktsub-1 stanzen gefüllten Schächte I1 2, 3, 4 kommunizieren abwechselnd oben und unten. Bei ax und a2 kann Wassergas eingeleitet werden, bei bx und b2 Wind, bei dx und d2 Dampf, während C1 und C2 Kaminableitungen sind.In the drawing Fig. 3 is, for. B. the implementation of the method using four shafts is shown schematically. The punch with ferrous Kontaktsub- 1 filled shafts I 1 2, 3, 4 communicate alternately above and below. At a x and a 2 water gas can be introduced, at b x and b 2 wind, at d x and d 2 steam, while C 1 and C 2 are chimney discharges.
; Die Arbeitsweise gestaltet sich folgendermaßen :; The way of working is as follows:
j In der Reduktionsperiode wird bei ax j In the reduction period, at a x
■ Wassergas eingeleitet, welches Schacht 1, 2, 3 unter Bildung von Eisenschwamm durchstreicht■ water gas introduced, which shaft 1, 2, 3 crossed out to form sponge iron
ι und sodann bei Eintritt in Schacht 4 durch bei δ2 zugeleiteten Wind verbrannt wird, der dadurch aufgeheizt wird. Die Abgase gehen ! bei C2 in einen angeschlossenen Kamin.ι and is then burned on entry into shaft 4 by wind fed in at δ 2 , which is thereby heated. The exhaust fumes go! at C 2 in an attached chimney.
! In der Oxydationsperiode wird bei d% Dämpf in Schacht 4 eingeleitet, der nacheinander Schacht 4, 3, 2 und 1 durchströmt und I unter Bildung von Wasserstoff zerlegt wird, ; der bei ax abgeleitet wird. Beide Perioden j folgen sich nun abwechselnd. Nach einer j Modifikation kann aber auch die Richtung I der Gasströme umgekehrt werden, so daß j erst bei ax Wassergas, bei d2 Dampf, dann i aber bei a2 Wassergas, bei ^1 Dampf eingeleitet. wird.! In the Oxydationsperiode is initiated at d% damping in the shaft 4, which successively shaft 4, 3, 2 and 1 flows through and I is decomposed to form hydrogen; which is derived at a x. Both periods j now follow one another alternately. After a j modification, however, the direction I of the gas flows can also be reversed, so that j firstly at a x water gas, at d 2 steam, then i but at a 2 water gas, at ^ 1 steam. will.
I Wie Versuche gezeigt haben, ist es bei ! direkter Beheizung der Eisenmasse von großer I Wichtigkeit, daß Stichflammen und lokale Überhitzungen der Eisenkontaktmasse ver- go mieden werden. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, dafür Sorge zu tragen, daß der j zuströmende Wind sich innig mit den Abgasen der Reduktion gemischt hat, bevor das v I Gemenge mit der zu beheizenden Eisenmasse : in Berührung tritt, was durch bekannteI As tests have shown, it is at! Direct heating of the iron mass is very important that flashes and local overheating of the iron contact mass are avoided. For this purpose, it is advantageous to ensure that the j incoming wind has intimately mixed with the exhaust gases of the reduction before the v I scuffle with the area to be heated mass of iron: comes into contact, which by known
■ Mittel der Technik, z. B. eine Verbrennungskammer, Anordnung von Gitterwerk, an dem■ Means of technology, z. B. a combustion chamber, arrangement of latticework on which
I sich die Gase stoßen, oder auch schon durch j Einfüllen von Chamottebrocken in den Oberteil der Zersetzer, erreicht werden kann.I the gases collide with each other, or even by j filling chunks of chamotte into the upper part the decomposer, can be achieved.
Die beanspruchte Vorrichtung zeichnet sich I durch große Einfachheit aus, da sie aus frei I (ohne zwischengeschaltete Ventile) miteinander j kommunizierenden Schächten besteht. An I der Verbindungsstelle kann Luft zur Beheizung j eingeblasen werden, wobei sie sich den Abgasen je nach deren Bewegungsrichtung bei-I mischt und sie vollständig verbrennt. StattetThe claimed device is characterized by its great simplicity, since it is free from I (without interposed valves) j communicating shafts. At Air for heating can be blown into the junction j, whereby it is released from the exhaust gases depending on the direction of movement at-I mixes and burns it completely. Provides
man die Verbindungsstelle beider Schächte u0 ! oder den zunächstliegenden Teil der Schächte I selbst mit feuerfestem Gitterwerk o. dgl. aus, j so verhindert diese einfache Vorrichtung, durch welche hindurch die Reaktionsschächte frei miteinander kommunizieren, Überhitzungen ng der eigentlichen Eisenfüllung, ohne daß irgend-I welche komplizierten Ventile und Umstellungen erforderlich wären.the connection point of both shafts u 0 ! or the closest part of the shafts I itself with fire-proof latticework or the like, this simple device, through which the reaction shafts communicate freely with one another, prevents overheating of the actual iron filling, without any complicated valves and adjustments being required would be.
Das Arbeiten nach vorliegendem Mehrschachtverfahren ist außerordentlich wirtschaftlich, iao da die infolge von Gasgleichgewichten bei dem Prozeß stets nur teilweise umgesetztenWorking according to the present multi-shaft process is extremely economical, iao because they are always only partially converted due to gas equilibria in the process
Reaktionsgase in dem dahintergeschalteten Eisenschacht völüg nutzbar gemacht werden können. Durch Benutzung der Reduktionsabgase des einen Schachtes zur direkten Beheizung der Eisenmasse des anderen wird eine bedeutend längere Lebensdauer und Wirksamkeit der Eisenmasse erzielt, als es bei Beheizung mit frischen Gasen möglich ist. Bei letzterer Arbeitsweise treten große Betriebs-Schwierigkeiten auf, da es nicht möglich ist, dauernd die richtige Temperatur einzuhalten und lokale .Überhitzungen zu vermeiden, welche die Eisenfüllung bald unbrauchbar macht. Bei Verwendung von heizschwachem Abgas dagegen, welches im Anfang der Reduktionsperiode vorwiegend aus Kohlensäure und Wasserdampf besteht, zur Beheizung des nachfolgenden Schachtes, ist dieser Ubelstand behoben. Durch Zusatz von mehr oder weniger Luft hat man es in der Hand, die Heizung zu regulieren und zu beenden, bevor das Gas heizkräftiger wird und die Flammentemperatur steigt. Bei Abstellung der Luft wirken natürlich die Reduktionsabgase auch auf den beheizten Schacht reduzierend ein, falls im ersten reduzierten Schacht das Gasgleichgewicht des Reduktionsprozesses noch nicht erreicht ist.Reaction gases can be made fully usable in the iron shaft connected downstream. By using the reduction exhaust gases of one shaft for direct heating of the iron mass of the other, a significantly longer service life and effectiveness of the iron mass is achieved than is possible with heating with fresh gases. With the latter method of operation, great operational difficulties arise, since it is not possible to maintain the correct temperature permanently and to avoid local overheating, which soon makes the iron filling unusable. If, on the other hand, low-heating exhaust gas, which in the beginning of the reduction period mainly consists of carbon dioxide and water vapor, is used to heat the subsequent shaft, this deficiency is eliminated. By adding more or less air, it is up to you to regulate and stop the heating before the gas becomes more heated and the flame temperature rises. When the air is switched off, the reduction exhaust gases naturally also have a reducing effect on the heated duct, if the gas equilibrium of the reduction process has not yet been reached in the first reduced duct.
Durch Benutzung der Abgase zur Beheizung wird ferner die Verschmutzung der Eisenmasse verlangsamt und die Aufnahme von Schwefel verringert.By using the exhaust gases for heating, the iron mass is also polluted slows down and decreases the absorption of sulfur.
Bei dem Eisen verfahren können die nach der einen oder anderen Richtung verlaufenden Reaktionen immer nur unvollständig und zu einem geringen Bruchteil des Möglichen durchgeführt werden, da sonst die notwendigen Gas- oder Dampfüberschüsse und der zu den Reduktions- und Oxydationsvorgängen erforderliche Zeitaufwand zu groß werden würde. Die Hintereinanderschaltung von mehreren, die Eisenmassen .enthaltenden Schächten bietet deshalb den großen Vorteil, daß nicht unbeträchtliche Mengen Wasserstoff aus der Eisenmasse entbunden werden infolge längerer Berührungsdauer mit den hindurchgehenden Gasströmen, die sonst verlorengehen.The iron can move in one direction or the other Reactions are always carried out incompletely and to a small fraction of the possible, otherwise the necessary ones Excess gas or steam and that required for the reduction and oxidation processes Expenditure of time would be too great. The series connection of several, the shafts containing iron masses therefore offer the great advantage that they are not inconsiderable Quantities of hydrogen are released from the iron mass as a result of prolonged contact with the passing through Gas flows that would otherwise be lost.
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