DE307651C

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Publication number: DE307651C
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Description

Zur Erzeugung; von Wasserstoff bzw. Stickstoff wird Wasserdampf bzw. Luft über eine Kontaktmasse geleitet, die im erhitzten . Zustande rasch Sauerstoff bindet, z. B. über. Eisen oder eisenhaltige Massen. Der im Wasserdampf enthaltene gebundene Sauerstoff bzw. der freie Säuerstoff der Luft, wird von der Kontaktmasse aufgenommen, und Wasserstoff bzw. Stickstoff wird in Gasform

ίο frei. Durch Behandlung der Kontaktmasse mit reduzierenden Gasen, in der Praxis hauptsächlich mit Wassergas, wird der aufgenommene Sauerstoff wieder abgespalten und die Kontäktniässe von neuem für die Sauerstoffbindung brauchbar gemacht. Beide Vor-. gänge werden abwechselnd durchgeführt.

Zur Durchführung dieser Verfahren werden im Großbetriebe Retorten oder Schächte (Generatoren) als Kontaktraum verwendet, in dem die eingebrächte Kontaktmasse entweder indirekt durch Wärmeübertragung oder direkt durch Hindurchleiten von Heizgasen erhitzt wird. Allgemein werden hierbei Gase und Dampf in der Längsrichtung des Schachtes oder der Retorte durch die, Kontäktmasse geleitet.

Um auf größere Leistungen zu kommen, n?uß der Querschnitt und die Höhe des Kontaktraumes vergrößert werden. Dadurch wird' aber die gleichmäßige Verteilung der durch den Kontaktraum geleiteten Stoffe (Wasserdampf, Luft, Heiz- und Reduktionsgase) auf den ganzen Querschnitt und auf die ganze Höhe, .sowie die gleichmäßige Erwärmung der Kontäktmasse erschwert. Es ist deshalb an Stelle des 'vollflächigen Querschnitts ringflächiger Querschnitt für den Kontaktraum gewählt worden. Aber dadurch werden die Verhältnisse nicht wesentlich gebessert, denn auch bei ringförmigem Querschnitt, des Kontaktraumes ist die Leistung, wie die Praxis ergeben hat, im Vergleich zu dem Aufwand an Kontaktmasse gering. .Nach den Erfahrungen des Erfinders ist die verhältnismäßig geringe Leistung des Gaserzeu- gers nicht allein auf die durch die Größe und Form-der Retorten-, und Schachtquerschnitte, bedingte, mehr oder weniger ungünstige Verteilung der durch die Kontaktmasse geleiteten Stoffe zurückzuführen, sondern in viel größerem Maße auf den Einfluß von Nebenreaktionen.

Der während des Oxydationsvorganges erzeugte Wasserstoff wirkt beim Durchströmen des Kontaktraumes reduzierend und der während des Reduktionsvorganges entstehende Wasserdampf oxydierend auf die nächsten Schichten der Kontaktmasse ein. Neben dem Hauptvorgang spielen sich also ständig umgekehrt wirkende. Reaktionen ab, und zwar um- δο somehr, je höher der Kontaktraum ist. Hieraus erklärt sich nicht nur. die verhältnismäßig geringe Leistung, sondern auch der.im Vergleich zur Leistung, sehr große \^rerbrauch an Dampf und Wassergas, kurz der schlechte Wirkungsgrad der bisherigen Wassers.tofferzeuger. . ■

Bei der Stickstofferzeugung ist während des Reduktionsvorganges der ungünstige Einfluß der Nebenreaktionen, die durch die Einwirkung des aus dem Wassergas durch , die Sauerstoffbindung entstehenden Wasser-

(2. Auflage, ausgegeben am 5. Juli

dampfes verursacht werden, ähnlich wie bei der Wasserstoff erzeugung; dagegen macht sich während des Oxydationsvorganges der ungünstige Einfluß der. Höhe des Kontakt-' . raiimes in anderer Weise geltend. Der freie Sauerstoff: der Luft wird von der Kontaktmassc außerordentlich schnell gebunden. Die ersten .Schichten der Kontaktmasse, auf welche die Luft trifft, werden also sehr stark

ίο beeinflußt, so daß sie leicht zum Schmelzen kommen, bevor.die Sauerstoffbindung in den später .von der Luft durchströmten Schichten stattfindet. .

Auch bei der Wasserstofferzeugung wird im praktischen Betriebe Luft durch die Kontaktmassc geleitet. Da nämlich die Verun-, reinigungen, hauptsächlich Schwefel und Kohlenstoff (Ruß), die durch die reduzierenden Gase und bei direkter Beheizung auch durch die Heizgase in die Kontaktmasse gelangen, diese in ihrer Wirksamkeit beeinträchtigen, wird die Kontaktmasse nach jedem geschlossenen Arbeitsvorgang oder nach einigen Stunden, Betriebszeit mit Luft behandelt. Hierbei' tritt derselbe Nachteil ein,.der zuvor bei der Stickstofferzeugung beschrieben wurde, d. h. die .ersten Schichten der Kontaktmasse schmelzen leicht, da sie .. -verhältnismäßig lange Zeit von Luft diirchströmt werden müssen, um den Sauerstoff . bis zu den tieferen verunreinigten Schichten der Masse zu bringen. . . .

Durch die Erfindung werden die angeführten Nachteile beseitigt. Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, daß die durch ' die Kontaktmasse zu leitenden Stoffe nicht parallel zur Längsrichtung des Kontakt-"raumcs (Schacht, Retorte), sondern quer zur Längsrichtung durch die Kontaktmasse geführt werden. Zu diesem Zwecke ist der Kontaktraum.mit Lenk- und Verteilungswänden für die in der Querrichtung durchzufeilenden Stoffe versehen. Dadurch wird erreicht, daß auch bei großer Ausfuhrung der Erzeuger die Höhe der Kontaktmasse in der Durchströmungsnchtung gering gehalten, werden kann, ferner der Einfluß von Nebenreaktionen auf ein Mindestmaß beschränkt, und schließlich ein Schmelzen der Kontakt-

50' masse beim Durchleiten von'Luft verhindert, wird.' Die nach der Erfindung ausgeführten Wasserstoff- und Stickstofferzeuger ergeben daher bei gleichem Inhalt des Kontaktraumes bedeutend größere Leistungen als die bisher bekannten Erzeuger.

Auf den Zeichnungen sind einige Ausführtmgsformen des . Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι veranschaulicht einen senkrechten Schnitt durch einen Erzeuger; Fig2_>und 3 sind wagerechte Querschnitte von Abänderungsformen des Erzeugers, Fig. 4 ist ein senkrechter Längsschnitt eines zweiteiligen Erzeugers, von dem Fig. 5 einen wagerechten Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 4 darstellt; Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen . eines Erzeugers mit Wärmespeicher^:·· in. senkrechtem Schnitt.

Das aus dem Metallmantel 1 und dem feuerfesten Futter 2 bestehende Gehäuse des in Fig. ι dargestellten Erzeugers umschließt den Kontaktraum 8j'der außen durch den mit ge-ringem Abstand von dem Ofenfutter 2 gleichachsig zu diesem angeordneten \"erteiler 3 und innen durch das in der Mitte des Erzen-.-g.ers" stehende Verteilerrohr.5 begrenzt wird.'. Die Verteiler 3. und 5 sind entweder mit Schlitzen 7 bzw. 7' versehen öder als poröse Wände ausgeführt, durch welche. die in den Raum 8 einzuführenden Stoffe quer zur Längsrichtung des Erzeugers durch die Kontaktmasse hindurchgeleitet werden. Die von den Verteilern 3 und 5 begrenzten Kammern 3' bzw. 5' stehen mit den Rohranschlüs-■ sen 4 bzw. .6 in Verbindung. Bei der Aus-.führungsform der Fig. 1 besitzt der Kontaktraum ringförmigen Querschnitt. Das Innere des Kontaktraumes 8 ist durch-den abnehmbaren Deckel 9 des Gehäuses; zugängig. Die Kontaktmasse kann durch mit Verschlüssen 10 versehene Öffnungen des Deckels 9' in.den Kontaktraum 8 ,eingefüllt und durch die im unteren Teile des Gehäuses 1 vorgesehenen verschließbaren öffnungen 11 herausgenommen werden. Der Deckel "9. ist mit einer Sicherheitsklappc 12 versehen. .

Die Ouerschnittsform des Kontaktraumes-8. kann verschieden gewählt-werden. Beispiels-Weise können die Verteiler. 3 und 5 in dem Gehäuse 1,2 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Die Fig. 2, 3 und 5, die wagerechte Schnitte durch Erzeuger darstellen, geben verschiedene Ausführungsformell, des .Kontaktraumes wieder, auf die natürlich die Erfindung nicht beschränkt ist. '

Bei kreisrundem Querschnitt des Kontaktraumes (Fig. 2) sind zwischen den beiden Verteilern 3 und S zweckmäßig Vorsprünge 13 an dem Ofenfutter 2 angebracht,, um zu bewirken, daß der durch Pfeile angedeutete Weg, den die durch die Kontaktmasse zu leitenden Stoffe zwischen den Schlitzen 7, 7' der beiden Verteiler 3 und 5 -zurücklegen, überall ungefähr gleich lang ist..

Auch können zur Unterteilung der die Kontaktmasse durchströmenden Stoffe eine oder mehrere. Zwischenwände 14 (Fig. 3) aus feuerfestem Material in den Raum 8 angeordnet sein. Diese Zwischenwände 14 dienen ebenso wie die Vörsprünge 13 bei der Ausführungsform nach Fig. 2, gleichzeitig als ' Wärmespeicher. Auch können, als Wärme-

speicher Säulen 15 aus feuerfestem Stoff.in den Kontaktraum .gestellt werden, wie in Fig. 4 und 5 angedeutet ist.

Die Höhe des Kontaktraumes kann so groß gewählt werden, wie dies- der Druck des Eigengewichtes der Kontaktmasse zuläßt.

Wenn die Höhe des Erzeugers, noch größer

' sein soll, z. B. zur. Erzielung einer großen Leistung auf kleiner Grundfläche, so kanu

■10' der Kontaktraum durch ein oder mehrere Zwischendecken unterteilt sein. Fig. 4 veranschaulicht einen senkrechten Schnitt durch einen solchen Erzeuger mit zwei durch die .Zwischendecke 16 voneinander getrennten Kontakträumen 8, 8°. Der obere Kontaktraum 8 ist durch den Deckel 9 und durch die im Deckel und Gehäuse befindlichen, verschließbaren Öffnungen 10 .und 11 und der untere Kontaktraum 8^fi durch die oben und unten im Gehäuse befindlichen verschließbaren 'Öffnungen 11 *, ΐΐ^δ zugängig.. Die- Verteiler 3 und 5 des oberen und unteren Kontaktfaum es können entweder besondere Zu- und Ableitungen für die durch die Kontaktmasse strömenden Stoffe erhalten, oder beide Kontakträume können, wie in Fig. 4.angenommen ist, gemeinsame Zu- und Ableitungen 4 und 6 haben. In diesem Falle werden die Verteiler beider Kontakträume 8, 8° . durch Kanäle 17 und 18 verbunden, die punktiert angegeben sind.

. Die Durchströmrichtung der durch die . Kontaktmasse zu leitenden Stoffe ist beliebig änderbar, indem die Zuleitung für sämtliche oder nur für einen Teil der Stoffe durch den Rohranschluß 4 und die Ableitung durch den Rohranschluß 6 oder' umgekehrt erfolgen kann. Die Einrichtung kann in bestimmten

. Fällen so getroffen sein, daß nur ein Teil der

.40 Stoffe, z. B. der Wasserdampf in der Querrichtung durch den Kontaktraum geführt wird, während der andere Teil, z. B. die Heizgase, den Kontaktraum in der Längsrichtung durchströmt.

45. Das Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff oder. Stickstoff kann nach der Erfindung so durchgeführt werden, daß beispiels-. weise durch den Rohranschluß 4. (Fig. 1) zunächst zum Erwärmen nach der Verteilufigskammer 3' Heizgase geleitet werden, die von dieser durch die Schlitze 7 in den Kontaktraum 8, von da durch die Schlitze 7' der Vertei lungs wand 5 in die Kammer 5' und dann nach dem Rohranschluß 6 strömen. Auf

.55 gleichem Wege kann das Reduktionsgas durch den Erzeuger geführt werden. Der Dampf für die Wasserstofferzeugung bzw. die Luft für die Stickstoff erzeugung wird im allgemeinen auf dem umgekehrten Wege durch den Erzeuger geleitet, wobei die ersten Mengen zur Spülung benutzt werden. Schließlich kann die Luft zur Behandlung der Kontaktmasse bei der Wasserstoff erzeugung den Erzeuger in der einen oder anderen Richtung durchströmen..

Bei der Wasserstofferzeugung werden allgemein die Reduktionsgase,, soweit sie nicht schon durch Reduktionswirkung verbraucht sind, durch Zuführen von Luft vollständig verbrannt,, um damit Wärmespeicher zu heizen, durch die in der Gasungsperiode der Dampf geleitet und hoch überhitzt wird, Ferner wird der Wasserstoff durch Wärmespeicher geführt, an die er seine Eigenwärme zum Teil abgibt, und die dazu dienen, um während der Reduktionsperiode das Reduktionsgas vorzuwärmen. Beim abwechselnden Arbeiten in zwei Richtungen wird wechselweise der eine Wärmespeicher für das Überhitzen des Dampfes und der andere für das Vorwärmen des Reduktionsgases benutzt. In ähnlicher Weise werden Wärmespeicher bei ■der Stickstoff erzeugung angewendet.

Die Wärmespeicher werden bei den nach der Erfindung gebauten Erzeugern an die \"erteilungskammern 3' bzw. .5' angeschlossen; Sie können hierbei in besonderen Gehäusen untergebracht sein und durch die Rohranschlüsse 4 und 6 mit den Verteilungskämmern 3' und 5' in Verbindung stehen. Erzeuger und Wärmespeicher können aber auch in einem gemeinsamen Gehäuse vereinigt sein; die Wärmespeicher werden alsdann mit den Verteilungskammern 3' und 5' durch Kanäle ■ im Ofenmauerwerk verbunden. Dabei kanu der eine Wärmespeicher unter dem Erzeuger und der andere über diesem angeordnet sein, oder beide Wärmespeicher können unter dem Erzeuger liegen, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Auch können die Wärmespeicher seitlich vom Erzeuger angeordnet sein, entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7.

Die Arbeitsvorgänge zur Erzeugung des Wasserstoffes werden, bei den Einrichtungen nach Fig. 6 und 7,wie folgt, durchgeführt:

Zunächst wird die Kontaktmasse.. erhitzt; dazu wird Heizgas oder ein anderes Heizmittel (hochüberhitzter Dampf) durch die. Leitung 19 bei geöffnetem Schieber 20 und durch den Rohranschluß 21 in den Wärmespeicher 22 . geleitet.· Der Wärmespeicher 22 steht durch den Kanal 25 mit der Verteilungskammer 5'.in Verbindung. Das Heizgas geht von der Verteilungskammer 5' aus durch den 115 Kontaktraum 8 nach der Verteilungskammer 3' durch Vermittlung der Schlitze 7', 7 der Verteilungswände 5 bzw. 3. Die Verteilungskammer 3' ist durch den Kanal 26 mit dem zweiten Wärmespeicher 27 verbunden. Das Heizgas verläßt den Wärmespeicher 27 . durch die. Leitung 28 und die Abgasklappe 29.

Das Reduktionsgas wird auf dem gleichen .Wege-· eingeführt und im Wärmespeicher 22 vorgewärmt, so daß es heiß in den Kontaktraum 8 gelangt. Durch Zuführung von Wind .5 aus der Leitung 23, durch den Schieber 30 und den Kanal 31 werden die im Kontaktraum 8 nicht verbrauchten Reduktionsgas-.inengen vor dem Eintritt in den Wärmespeicher 27 verbrannt. Die Gase heizen den

to Wärmespeicher 27 auf hohe Temperatur und entweichen durch die Leitung 28 und die Abgasklappe 29. Nach Beendigung des Reduktionsvorganges wird Dampf durch die I .eitung 32 bei geöffnetem Schieber 33 in den Wärmespeicher 27 eingeführt, der von da hochüberhitzt durch die Verteilungskammef 3' und die Schlitze 7 in den Kontaktraum 8 gelangt. Der nun erzeugte Wasserstoff strömt durch die Schlitze 7' der Verteilungswand 5 nach der Kammer 5' und von da durch den Kanal 25 in den Wärmespeicher 22,: an den er einen Teil seiner Eigenwärme abgibt. Sodann gelangt der Wasserstoff-durch den Rohranschluß 21 und die Leitung 36 . nach der Klappe 34, durch welche die ersten Mengen des erzeugten Wasserstoffes ins Freie gelassen werden, bis der ganze Apparat ausgespült ist. Dann wird die Klappe 34 geschlossen, der Wasserstoff strömt nun durch das Tauchrohr 37 in die Vorlage 35 und durch die Leitung 38 nach der Kühler- und Reinigeranlage. Luft zur Behandlung der Kontakt-.masse kann auf dem Wege 23, 24, 22, 25, 5', 7'. 8, 7, 3', 26, 2y, 28, 29 oder auf dem Wege 23, 30, 31, 26, 3', 7, 8, 7', 5', 25, 22, 21, 36, 34 durch den Apparat geleitet werden.

In -ähnlicher Weise erfolgt die Stickstofferzeugung, nur daß bei der Gasungsperiode an Stelle des Dampfes Luft zur Anwendung

gelangt. : .

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff oder Stickstoff, bei dem durch eine sauerstoffbindende Kontaktmasse abwechselnd Wasserdampf bzw, Luft- zwecks Wegnahme des Sauerstoffs und reduzierende Gase zwecks Reduktion der Kontaktmasse geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kontaktmasse in Wechselwirkung zu ..bringenden . Gase oder Dämpfe quer zur Längsrichtung des Kontaktraumes durch diesen hindurchgeleitet werden.
2. Einrichtung, zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Benutzung eines Kontaktraumes von ringflächigem Querschnitt, dadurch, gekennzeichnet, daß der Kontaktraum (8) außen durch eine gleichachsig zum. ■ Gehäuse (1, 2) des Erzeugers artgeordnete, gasdurchlässige . Wand (3) mit vorgeschalteter Gas- und Dampfverteilungskammer (3') und innen durch eine gasdurchlässige, eine rohrförmige Gas- und Dämpfverteilungskammer (5') bildende , Wand (5) begrenzt ist.
3. Einrichtung zur Ausführung des \^rerfahrens nach Anspruch 1 mit einem Kontaktraum von rundem. Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander gegenüberliegenden A^erteilungs- -wanden (3, 5) des Kontaktraumes in die Mitte des Raumes vorspringende Ansätze (13) angeordnet sind.
4; Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verteilungswänden (3,. 5) angeordnete, den Kontaktraum (8) durchquerende Zwisehen wände. (14) angeordnet sind.
5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktraum in der Höhenrichtung durch eine Zwischendecke (16) in übereinanderliegende Räume. (8, 8") unterteilt ist, die durch Kanäle (17, 18) miteinander verbunden und an gemeinsame Zu- und Ableitungen (4, 6) angeschlossen sind. ' g₀

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.