DE3113172A1

DE3113172A1 - Verfahren zur waermebehandlung von lebensmitteln

Info

Publication number: DE3113172A1
Application number: DE19813113172
Authority: DE
Inventors: Bernard Edvard 19380 West Chester Penn. Enga
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1980-04-01
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1982-04-08
Also published as: CA1182681A; CH653219A5; US4364727A; JPS575652A; NL8101576A

Description

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Anmelder: JOHNSON, MATTHEY & CO. LIMITED

43 Hatton Garden, London, ECIN 8EE₃ England

Bezeichnung der Verfahren zur Wärmebehandlung von Erfindung: Lebensmitteln

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln und insbesondere auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von zum menschlichen Verzehr bestimmten Lebensmitteln.

Wird ein Kohlenstoff enthaltender Kraft- oder Brennstoff mittels einer Flamme verbrannt, so enthält der dabei erzeugte Heißgasstrom einen unverträglich hohen Anteil an Schmutz- bzw. Schadstoffen wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden, die beim Kochen schädlich sind. Der Gasstrom kann indirekt beheizt werden, indem er durch einen Wärmetauscher geführt wird, in dem beispielsweise die Wärme des durch Flammenverbrennung des Kohlenstoff enthaltenden Kraftstoffes erwärmten Gases frei von Verunreinigungen auf den Gasstrom übertragen wird. Dabei ergeben sich jedoch Wärmeverluste. Die direkte Erhitzung eines Gasstromes ist deshalb kostengünstiger, weil weniger Kraftstoff benötigt wird und auch kein Wärmetauscher mit den zugehörigen Ge-

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blasen, Pumpen und dergleichen benötigt werden.

Ein System zum direkten Beheizen eines Gasstromes sollte in der Lage sein, mit einem geringeren Durchsatz im Verhältnis zum maximalen Durchsatz zu arbeiten. Das "Verringerungsverhältnis des Durchsatzes ist der Anteil, um den der tatsächliche Durchsatz gegenüber dem maximalen Durchsatz verringert werden kann, ohne daß die kontinuierliche Strömung abreißt. Bei üblichen Systemen mit Flammenverbrennung ist ein Verringerungsverhältnis von 4 : 1 bis 5 : 1 üblich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere von zum menschlichen Verzehr bestimmten Lebensmitteln mit einem Gasstrom direkt erfolgen kann, der einen geringen Anteil an Schad- bzw. Schmutzstoffen hat.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren für die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln die Förderung eines Gasstromes mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas und Kraftstoff auf, der über einen Katalysator geführt wird, um seine Temperatur zu erhöhen, um dann mit dem Nahrungsmittel in Berührung zu kommen.

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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren für die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln folgende Schritte auf:

(a) Zuführung eines Luftstromes zu einer Mischkammer;

(b) Zusammenführung dieses Luftstromes mit einem zweiten Luftstrom in der Mischkammer, wobei der zweite Luftstrom durch den Kontakt mit einem Pilot-Brenner vorgeheizt ist, der mit thermischer Verbrennung oder einem elektrischen Heizelement arbeitet;

(c) Einspritzen eines weiteren Teiles der für die Wärmebehandlung benötigten Gesamtkraftstoffmenge in den gemäß dem Verfahrensschritt (b) aus den beiden Einzelluft strömen zusammengesetzten Gesamtluftstrom;

(d) Durchführen des Gesamtstromes mit dem eingespritzten Kraftstoff durch einen oder mehrere katalytische Brennerabschnitte, von denen jeder einen temperaturstabilen und oxidationsresistenten Block mit katalytischen Kanälen aufweist, durch die, die katalytischen Kanalwände kontaktierend, der Gesamtstrom hindurchgeführt wird, wobei vorzugsweise Mittel zum Einspritzen weiteren Kraftstoffes vorgesehen sind, um die katalytische Verbrennung der wesentlichen Rückstände des bisher unverbrannt gebliebenen Kraftstoffes in Gang zu bringen;

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(e) vorzugsweise weitere Verdünnung des sich ergebenden Heißgasstromes, soweit das notwendig ist, um eine gewünschte Temperatur einzustellen und

(f) Kontaktieren des Nahrungsmittels mit dem so aufbereiteten Gasstrom.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren für die Wärmebehandlung von nahrungsmitteln die folgenden Verfahrensschritte auf:

a) Durchleiten eines Luftstromes durch eine erste Mischkammer ;

b) Zusammenbringen dieses Luftstromes in der Mischkammer mit einem zweiten, vorgeheizten Luftstrom, wobei die Vorheizung des zweiten Luftstromes durch Kontaktieren mit einem Pilot-Brenner erfolgt, der mit thermischer Verbrennung oder einem elektrischen Heizelement arbeitet;

c) Unterteilung der kombinierten Ströme in Teilströme mittels eines oder mehrerer Teiler, die die Durchführung des jeweiligen Teilstromes durch eine separate Einspritz- und katalytische Verbrennungssektion ermöglichen;

d) separates Einspritzen eines weiteren Anteiles des für den jeweiligen Teilstrom benötigten Gesamtkraftstoffes in den jeweiligen Teilstrom;

e) Durchführen der Teilströme mit dem eingespritzten Kraftstoff durch eine oder mehrere Verbrennungssektionen mit

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einem temperaturstabilen und oxidationsresistenten Block mit katalytischen Kanälen, durch die, die katalytischen Kanalwände kontaktierend, die Teilströme mit dem eingespritzten Kraftstoff hindurchgeleitet werden, um die katalytische Verbrennung der wesentlichen Rückstände des bisher unverbrannt gebliebenen Kraftstoffes in Gang zu bringen;

f) Zusammenführen der auf diese Weise aufbereiteten Teilströme nach der jeweiligen katalytischen Verbrennungssektion in einer zweiten Mischkammer;

g) vorzugsweise ein- oder mehrmalige Wiederholung der Stufen c) bis f) unter Verwendung der Kraftstoffrückstände;

h) vorzugsweise Verdünnung des resultierenden Heißgasstromes soweit das notwendig ist, um dessen Temperatur einzustellen und

i) Kontaktieren des so aufbereiteten Gasstromes mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindurin; weist eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln folgende Merkmale auf:

a. ein Gebläse oder ein anderes Fördermittel zum Fördern eines Luftstromes;

b. einen Pilot-Brenner, der mit Kraftstoff zu beschicken ist,

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oder ein elektrisches Heizelement zum Vorheizen eines Sauerstoff enthaltenden Gasstromes;

c. eine Mischkammer zum Zusammenführen des Luftstromes gemäß a. mit dem Gasstrom gemäß b.;

d. ein Injektorsystem zum Einspritzen eines weiteren Teiles des benötigten Kraftstoffes in die aus der Kammer gemäß c. austretenden Heißgase;

e. eine katalytisch^ Verbrennungssektion mit einem

oder mehreren katalytischen Blöcken mit katalytischen Kanälen, durch die, die katalytischen Kanalwände berührend, die Luft- Kraftstoffströme hindurchgeführt werden, wobei Mittel zum weiteren Einspritzen von Kraftstoff vorgesehen sind, um die katalytische Verbrennung der wesentlichen Rückstände des bisher unverbrannt gebliebenen Kraftstoffes in Gang zu bringen;

f. vorzugsweise Mittel zum Verdünnen der sich im Teil e. der Vorrichtung ergebenden Verbrennungsgase und

g. Mittel zur Herstellung eines Kontaktes zwischen den sich ergebenden Heißgasen und den zu behandelnden Nahrungsmitteln.

Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von NahrungsmitteInfolgende Verfahrensschrxtte auf:

(A) Fördern eines Luftstromes, der im Kontakt mit einem Pilot-Brenner vorgeheizt worden ist, wobei der

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Pilot-Brenner mit thermischer Verbrennung oder einem elektrischen Heizelement arbeitet, in eine Mischkammer ;

(B) Einspritzen eines weiteren Teiles der benötigten Gesamtkraftstoffmenge in den Luftstrom gemäß (A);

(C) Durchführen des Luftstromes mit dem eingespritzten Kraftstoff durch eine oder mehrere katalytische Brennkammersektionen, von denen jede einen temperaturstabilen und oxxdationsresistenten Block mit katalytischen Kanälen aufweist, durch die, die katalytischen Kanalwände berührend, die Kraftstoff-Luft-Ströme so hindurchgeleitet werden, daß die katalytische Verbrennung der wesentlichen unverbrannten Kraftstoffreste in Gang gebracht wird;

(D) vorzugsweise weitere Verdünnung des sich ergebenden Heißgasstromes, soweit dies zur Einstellung einer bestimmten Temperatur notwendig ist;

(E) vorzugsweise ein- oder mehrfache Wiederholung der Stufen (B), (C) und (E) unter Verwendung des jeweils verbliebenen Kraftstoffes und

(P) Kontaktieren des so aufbereiteten Gasstromes mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, einen Gasstrom direkt zu erhitzen, trotzdem aber nur wenige Verunreinigungen im Gasstrom zu haben. Der

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Heißgasstrom wird relativ preiswert erzeugt, weil die Wärmeerzeugung sehr effizient ist und Zusatzgeräte, wie Wärmetauscher, nicht notwendig sind.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen

Fig. 1-4

und 6 in schematischer Darstellung je eine Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 ein Fließschaubild der Ausführungsform gemäß Fig. 6.

Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 fördert ein Gebläse A. einen Luftstrom bzw. einen sonstigen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom F.. , der mit einem vorgeheizten Sauerstoff enthaltenden Gasstrom F_, wiederum beispielsweise Luft, gemischt wird, um einen beheizten Gasgemischstrom Fj. zu bilden. Die Temperatur des Gasstromes F^ liegt bei 50 bis 500⁰C. Der Förderung des zweiten Teilgasstromes F₂ dient ein Gebläse A_, während dem Aufheizen des Teilgasstromes F„ ein Pilot-Brenner mit der Zündvorrichtung L₁ und der Kraftstoffeinspritzung Ip dient. Der Gesamtgasstrom F₁^ wird in einer Mischkammer M₁ in fünf Teilströme zerlegt, wozu in der Mischkammer ein Satz mit vier Teilern D₁ bis D^ vorgesehen sind. In die Teilströme wird mit insgesamt zehn

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Einspritzvorrichtungen I, bis I₁₂' ^{von denen} jeweils zwei je einem Teilstrom zugeordnet sind, eine Restkraftstoffmenge eingespritzt. Entsprechend ist ein gestützter Katalysator in fünf Sektionen CL bis C,- unterteilt. Jede Katalysator sekt ion wird mit einem der Teilströme mit dem ihm zugehörigen, aus jeweils zwei der Einspritzvorrichtungen eingespritzten. Kraftstoff beschickt, d.h. der Katalysatorsektion CL wird ein Teilstrom zugeführt, in dem Kraftstoff aus den Einspritzvorrichtungen I- und In eingespritzt worden ist, der Katalysatorsektion Cp wird ein Teilstrom zugeführt, in den Kraftstoff aus den Einspritzvorrichtungen I₁- und Ig eingespritzt worden ist usw. Die heißen Gasströme aus Luft und Kraftstoffrückständen werden nach dem Verlassen der Katalysatorsektionen C bis Cj- wieder miteinander vereinigt, um den Gasstrom P₁-zu bilden, der die Kammer M^Mp aus dem Kammerteil M» heraus verläßt. Der Förderung dient ein Gebläse Aj., wobei der Gasstrom P₁- soweit mit einem Luftstrom Pg verdünnt wird, wie es für den fertig aufbereiteten Gasstrom F₇ mit Rücksicht auf Temperatur und Zusammensetzung gefordert wird.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 finden zwei Kraftstoffquellen Verwendung, so daß das Verfahren ungehindert fortgesetzt werden kann, selbst wenn eine der Kraftstoffquellen ausfallen sollte. Ein zweiter Pilot-Brenner weist eine Kraftstoffeinspritzung I„ und eine Zündvorrichtung Lp auf. Diesem Pilot-Brenner wird Luft mittels eines Gebläses A, zugeführt. Im Kammerteil M. der Mischkammer IVLM₂ sind weitere zehn Kraft-

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stoffeinspritzvorrichtungen I₁^, bis Ι_?2 angeordnet und zwar stromaufwärts von Einspritzvorrichtungen I_ bis I>_p.

Der erste Kraftstoff kann ein Gas, beispielsweise ein natürliches Gas sein, während der zweite Kraftstoff flüssig sein kann.

Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform teilen in der Mischkammer M₁M₂ vier Teiler D bis D^ den Luftstrom F₁. in fünf separate Ströme und vier Einspritzvorrichtungen, zwei für den jeweiligen Kraftstoff, spritzen den noch verfügbaren Restkraftstoff in den jeweiligen Luftstrom.

Der Katalysator kann einstückig sein oder gemäß Fig. 2 in einzelne Segmente unterteilt sein. Bei mehr als einer Verbrennungssektion kann die Gesamtmenge des zugeführten Kraftstoffes eingestellt werden. Der eine oder der andere der Katalysatoren muß nicht benützt werden und es kann auf diese Weise die Temperatur des Gasstromes verändert werden.

Bei der dritten Lösung gemäß Fig. 3 dient der Zufuhr von Luft F₁ ein Gebläse A₁, und dieser Luft wird ein vorgeheizter Luftstrom F„ zugemischt, um den Luftstrom F^ zu bilden, der der Teilkammer M₁. der Mischkammer M₁-MgM₇ zugeführt wird. Der Erwärmung des Teilluftstromes F₃ dient eine Kraftstoffzuführung I₁ und die Zündvorrichtung L₁. Die nicht über die Einspritzvorrichtung I₁ eingespritzte Teilmenge der zur Verfügung stehenden gesamten Kraftstoffmenge wird über Kraftstoff-

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einspritzvorrichtungen I, und I₁, eingespritzt, ehe der Gasstrom durch den Katalysator C₁ gelangt. Nachdem der Gasstrom durch den Katalysator C. in die Teilkammer Mg der Mischkammer M MgM₇ gelangt ist, wird dem Gasstrom ein weiterer Teilluftstrom P₁₀ zugeführt, um den Gasstrom P₁₁ zu bilden, der durch einen zweiten Katalysator C„ gelangt.

Der sich dabei ergebende Heißgasstrom P₁- in der Teilkammer M„ verläßt die Mischkammer und ihm kann ein weiterer Luftstrom Fg zugemischt werden, um den endgültig aufbereiteten Gasstrom P₇ zu bilden, wobei der Förderung ein Gebläse A^ dient.

Der Gasstrom Fu sollte nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes enthalten, wenn er durch den Katalysator C₁ durchtritt. Demgegenüber hat der Gasstrom P^₁ beim Durchströmen durch den Katalysator C._p einen SauerstoffÜberschuß aus dem Teilluftstrom F _. Der Gasstrom Fj. hat beim Durchgang durch den ersten Katalysator C₁ lediglich 35 bis 65? des Sauerstoffes, der für eine vollständige Kraftstoffverbrennung in diesem Bereich an sich erforderlich ist.

Die Vorrichtung kann für Kraftstoffe benützt werden, die gebundenen Stickstoff enthalten. Diese Kraftstoffe bilden

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bei normaler Verbrennung Auspuffgase, die Stickoxide enthalten. Bei der katalytischen Verbrennung wird der Anteil der Stickoxide in den Auspuffgasen deutlich gesenkt.

Bei den bisher beschriebenen drei Ausführungsformen besteht der Pilot-Brenner im wesentlichen aus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Zündvorrichtung. Der Brenner kann direkt im Hauptgasstrom P. angeordnet werden, so daß ein Teil dieses Gasstromes durch den Brenner gelangt.

Die Menge des im Pilot-Brenner zugeführten Kraftstoffes liegt zwischen 0,01 und 15 Volumen^ durch Verdampfen und beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10$ der gesamten verfügbaren Kraftstoffmenge. Die Temperatur des in die Brennkammer gelangenden Gasstromes, d.h. die Eingangstemperatur des durch den Katalysator strömenden Gases, wird durch die Menge des dem Pilot-Brenner zugeführten Kraftstoffes gesteuert. Während der Anfangsphase des Betriebes der Vorrichtung beträgt diese Eingangstemperatur 200 bis 500⁰C abhängig vom verwendeten Brennstoff. Ist erst einmal die Verbrennung des Kraftstoffes über den ganzen Katalysator in Gang gekommen, so kann die Eingangstemperatur durch Verringerung der dem Pilot-Brenner zuzuführenden Kraftstoffmenge auf 50 bis 25O⁰C verringert werden.

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Der Gasstrom, der bei der ersten und zweiten Ausführungsform durch den einzigen Katalysator gelangt und der bei der dritten Lösung durch den zweiten Katalysator gelangt, sollte einen Luftüberschuß haben, der für eine vollständige Verbrennung des gesamten vorhandenen Kraftstoffes ausreicht. Der prozentuale Anteil des Kraftstoffes in dem Luft und Kraftstoff enthaltenden Gas liegt bei 0,01 bis 20 Vol.ft durch Verdampfung und vorzugsweise zwischen 0,01 bis 10$ der gesamten verfügbaren Kraftstoffmenge.

Die Konzentration eines gasförmigen Kraftstoffes sollte unterhalb dem unteren Entflammungspunkt liegen.

Bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 4 fördert ein Gebläse A,_Q einen Luftstrom F., dessen Temperatur mit einer elektrischen Heizung S auf 200 bis 500⁰C angehoben wird. Ein Teil des für das gesamte System zur Verfügung stehenden Kraftstoffes, 0,1 bis 10%, wird mit der Einspritzvorrichtung I,Q dem Luftstrom F_? zugefügt, ehe dieser Luftstrom F„ durch den Katalysator C,_o gelangt. Die Temperatur des den Katalysator C₀ verlassenden Gasstromes liegt zwischen 500 und 1200⁰C. Diesem Gasstrom F., wird ein Luftstrom F₁, zugeführt, der von einem zweiten Gebläse A_. gefördert wird, um einen Gasstrom Fjzu bilden, dessen Temperatur bei 200 bis 500⁰C liegt und dem mittels einer Einspritzvorrichtung I,.. ein weiterei¹ Anteil des Gesamtkraftstoffes zugefügt wird.

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Der Gasstrom F₁- wird durch den Katalysator C . geleitet, um ihn als Gasstrom Pg mit einer Temperatur von 500 bis 1200⁰C zu verlassen, dem ein weiterer, von einem dritten Gebläse A^_? geförderter Luftstrom P₇ zugemischt wird. Der dadurch entstehende Gasstrom Pg hat eine Temperatur von 200 bis 500⁰C. Der Rest der gesamten verfügbaren Kraftstoffmenge wird in einer weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtung Ι-,ρ in den Gasstrom Po eingespritzt, ehe dieser durch den Katalysator C-,^ geführt wird. Der danach vorliegende Gasstrom P_q hat eine Temperatur von 5OO bis 1200 C, und ihm wird ein weiterer, von einem vierten Gebläse A„ geförderter Luftstrom P^₀ zugemischt, um den endgültig aufbereiteten Gasstrom P.. zu erhalten.

Auf diese Weise sollte der Luft- bzw. Gasstrom beim Durchgang durch jeden Katalysator ausreichend mit Kraftstoff angereichert sein und eine Temperatur von 200 bis 500⁰C haben. Die Temperatur des Gasstromes beim Verlassen jedes Katalysators ist angehoben und liegt im Bereich von 500 bis 1200⁰C, wenn jeweils ein Luftstrom niedrigerer Temperatur, durch ein Gebläse oder dergleichen gefördert, zugemischt wird, so daß danach die Gasstromtemperatur bei 200 bis 500⁰C liegt. Vor dem Durchgang des Luft- bzw. Gasstromes durch den jeweiligen Katalysator

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wird in diesen ein bestimmter Anteil der Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt. Die Zahl der Katalysatoren und zugeordneten Gebläse, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen kann zwei oder mehr betragen.

Jeder nachfolgende Katalysator, der stromabwärts auf einen vorausgehenden Katalysator folgt, ist größer als der jeweils vorausgehende Katalysator und die Menge der vor jedem Katalysator eingespritzten Kraftstoffmenge nimmt entsprechend der zunehmenden Katalysatorgröße von Katalysator zu Katalysator zu.

Statt der bisher vorausgesetzten Mehrzahl von Gebläsen kann auch ein einziges Gebläse verwendet werden, dessen Fördervolumen mit Leitungen und Ventilen entsprechend aufgeteilt wird.

Um den Betrieb mit der Ausführungsform gemäß Fig. 4 au beginnen, wird die vom Gebläse A₇₁₀ geförderte Luft mit der Heizvorrichtung S zunächst auf etwa 400 C erwärmt, ehe über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung I,_Q Kraftstoff eingespritzt wird. Nachdem der Gasstrom den ersten Katalysator C__Q passiert hat, werden die nachfolgenden Katalysatoren (31 und 32) nacheinander zur Wirkung gebracht.

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Um den Ausstoß zu verringern, werden die Kraftstoffzufuhr zum letzten Katalysator C,₂ und das zugehörige Gebläse ge sperrt und um den Ausstoß weiter zu verringern, wird die Kraftstoffzufuhr zu den Katalysatoren C _Q und C^₁ unterbrochen, die zum Katalysator C,. führt.

Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 beschrieben.

Ein Luftstrom F₁ wird mit einem Gebläse A₁,^ oder dergleichen gefördert, um durch eine elektrische Heizung S^ geführt zu werden, worauf der nach der Heizung vorliegende Luftstrom Fp mit einem weiteren Gebläse A^₁- gefördert wird. Der nach dem Gebläse vorliegende Luftstrom F₁. kann in zwei Teilluftströme F₁- und Fq unterteilt werden. Der Teilluft strom F- gelangt in die Mischkammer Mg, wo ihm als Luftstrom F._Q mittels der Kraft stoff einspritzvorrichtung I.,-. Kraftstoff zugefügt wird, ehe das Gemisch durch den gestützten Katalysator C,., gelangt, um als aufgeheizter Gasstrom F.. mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel in Kontakt zu kommen.

Die elektrische Heizung S. beheizt den Luftstrom F₂ auf . 200 bis 600⁰C, was über der Entzündungstemperatur der Katalysatoren liegt. Der zweite Teilluftstrom F^ wird über die Mischkammer M_g zurückgeführt und durch die Verbrennung des

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über die Einspritzvorrichtung I-,u eingespritzten Kraftstoffes mittels des Katalysators C,j, aufgeheizt. Der aufgeheizte Gasstrom F₇ wird bei einer Temperatur von 550 bis 1000⁰C in den Hauptluftstrom F₂ zurückgeführt. Die Energiezufuhr zur Heizung S. kann verringert oder sogar ganz unterbrochen werden, weil der Hilfskatalysator CU₁, zum Aufheizen des für den Hauptkatalysator C„ bestimmten Luftstromes benutzt wird. Um das Verhältnis zwischen dem Luftstrom und die Kraftstoffregelung bestimmen zu können, ist ein Proportionalitätsregler vorgesehen, der auf Ventile T. bis T-, einwirkt .

Die Größe der Katalysatoren, der Heizgeräte und der Gebläse ist von dem Ausstoß der Anlage an behandelten Gasen abhängig. Der Durchsatz durch das System wird durch eine Verringerung der mit der Einspritzvorrichtung I„ eingespritzten Kraftstoffmenge und der Luftmenge im Luftstrom F_1n verringert. Während des Normalbetriebes kann ein Durchsatzverhältnis von 15 : 1 und während der Anlaßzeit ein Durchsatzverhältnis von 20 : zu erhalten sein. Die Spaltgesehwindigkeit der Gasströmung durch den Katalysator, d.h. das Gesamtvolumen des in einer Stunde durch das Kammervolumen strömenden Gases kann bis zu 60 000 betragen.

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Bei allen Lösungen ist die Geschwindigkeit des durch die Brennkammer fließenden Gasstromes vom Kraftstoff abhängig, sie muß jedoch größer sein als die Plammenausbreitungsgeschwindigkeit, um das Risiko der Flammenzerfaserung zu vermeiden.

In jedem Fall ist das Katalysatormaterial auf einem metallischen oder keramischen Substrat über eine Zwischenschicht gestützt, wobei die Zwischenschicht ein feuerfestes Metalloxid ist, das zumindest einen Teil des Substrates abdeckt. Das Substrat ist vorzugsweise ein homogener Block (Monolith), durch den in Richtung der Gasströmung Kanäle geführt sind. Es kann sich beispielsweise um eine Struktur handeln, wie sie beim Stricken oder Weben mit einem Draht entsteht. Die bei der Herstellung des Substrates verwendeten Metalle oder Legierungen müssen oxidationsresistent und in Hochtemperaturbereichen bis zu mindestens 1000⁰C temperaturstabil sein.

Die Temperaturen der aufbereiteten Gasströme sind abhängig von dem verwendeten Kraftstoff und dem jeweiligen Katalysator, der Deaktivxerungstemperatur des Katalysators, der Temperaturstabilität des Stützmateriales und anderen Paktoren.

Geeignete Basismetall-Legierungen sind Ni- und Cr-Legierungen mit einem Nickel- und Chromgehalt von zusammen mehr als 20 Gew.

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des Gesamtgewichtes, sowie Eisenlegierungen mit zumindest einer der folgenden Elemente in Gew.% 3 bis 40 Gew.% Cr₃ 1 bis 10 Gew,# Al, Spur bis 5$ Co, Spur bis 72 Gew.% Ni und Spur bis 0,5% Kohlenstoff. Derartige Substrate sind an sich aus der DE-OS 24 50 664 bekannt.

Andere Beispiele für Basismetall-Legierungen, die den harten, zu erwartenden Einsatzbedingungen zu entsprechen vermögen, sind Eisen-Aluminium-Chrom-Legierungen, die auch Yttrium enthalten können. Solche Legierungen können enthalten 0,5 bis 12 QeMi.% Al, 0,1 bis 3,0 Gew.% Y, 0,20 Gew.^ Cr und Rest Eisen. Solche Legierungen sind an sich aus der US-PS 3 298 826 bekannt. Andere geeignete Pe-Cr-Al-Y-Legierungen enthalten 0,5 bis 4 Gew.? Al, 0,5 bis 3,0 Gew.? Y, 20 bis 95 Gew.% Cr und Rest Eisen. Solche Legierungen sind an sich aus der US-PS 3 027 252 bekannt.

Andererseits können die Basismetall-Legierungen eine geringe Korrosionswiderstandsfähigkeit haben, beispielsweise durch die Verwendung von Flußstahl, wenn das Substrat mit einer entsprechend widerstandsfähigen Schutzschicht versehen ist, wie es in der GB-Patentanmeldung GB 2,O13,517A der gleichen Anmelderin beschrieben ist.

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Geeignete Keramikmaterialien für das Substrat sind Mullit, Zirkon, Cordierit, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Zirkonoxid. Das Material muß ausreichend widerstandsfähig gegen Thermoschocks sein, um innerhalb von 30 Sekunden von Raumtemperatur auf 1000⁰C erhitzt werden zu können.

Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise und in Oxidform eines oder mehrere der folgenden Elemente Mg, Ca, Sr, Ba, Si, Y, die Lanthanide Ti, Zr, Hf, Th, V, Cr, Mn, Co, Ni, B, Al, Si und Sn. Insbesondere besteht die Zwischenschicht aus Al₂O^, oder Aluminiumoxidhydraten, es können jedoch auch stabilisierende Oxide, wie Bariumoxid und Oxide vorhanden sein, die die katalytische Aktivität beschleunigen (Promotoren), wie TiO₂, ZrO₂ HfOp, ThOp, Cr₂O, und NiO. Die bevorzugte Beladung in der Zwischenschicht liegt zwischen 0,006 und 0,1 g cm~^ des Blockes.

Das katalytische Metall ist aus folgender Gruppe ausgewählt: Rh, Pd, Ir, Pt, Os, Cu, Co, Ni, W, den Lanthaniden und Gemischen Legierungen und intermetallischen Verbindungen dieser Metalle. Die Auftragung kann auf dem Substrat unmittelbar oder über eine Zwischenschicht aus feuerfestem Metalloxid erfolgen. Die bevorzugten Metalle sind Ce, Ni, Ba, Co und W. Die Beladung mit katalytischem Metall liegt dabei zwischen 7oo und 88,800 gm~^ des Blockes.

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An der Stelle von natürlichem Gas können andere geeignete und brennbare Gase verwendet werden, wie Propan oder Butan.

Das nachfolgend beschriebene Beispiel zeigt die Wirksamkeit der direkten Beheizung eines Gasstromes gemäß der Erfindung. In einem Prüfstand wurde Luftstrom mittels einer elektrischen Heizung in den Bereich zwischen 200 und 600°C aufgeheizt. In diesen Luftstrom wurde Naturgas eingeblasen und der sich dadurch ergebende Gasstrom wurde in einer Mischkammer gemischt, ehe er durch einen ersten und einen zweiten Katalysator geführt wurde. Die Temperatur des Gasstromes vor und nach den Katalysatoren wurde gemessen. In dem die Katalysatoren verlassenden Gasstrom wurde außerdem die Konzentration an natürlichem Gas, Stickoxiden und Kohlenmonoxid gemessen.

Die verwendeten Katalysatoren waren gestützte Katalysatoren mit einem Substrat in der Form eines metallischen Blockes mit 62 Zellen cm aus einer Fe-Cr-Legierung und einer Länge von 50,8 mm und einem Durchmesser von 48 mm. Das Substrat war mit einer Zwischenschicht aus Aluminiumoxid und mit Barium beschichtet, getrocknet und eine Stunde lang bei 95O°C gebrannt worden. Die Zwischenschicht war mit einer Lösung, die Cerium enthielt, und einer Lösung, die Platin oder Platin und Palladium enthielt, imprägniert worden, anschließend getrocknet und eine Stunde lang bei 950 C gebrannt worden. Die Beladung mit der

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Zwischenschicht betrug 0,12 g cm"' und die Gesamtbeladung mit dem Platingruppenmetall betrug 4260 gm~^, bei einem Verhältnis Palladium : Platin =3:1.

Der Anteil an Naturgas am Luftstrom betrug 2%.

Die Auswirkung der Eingangstemperatur auf die Umwandlung von Methan wurde untersucht. Um einen erwärmten Luftstrom zu erhalten, der nur wenige Schad- bzw. Schmutzstoffe enthielt, sollte die Umwandlung des Methans zumindest für etwa 99$ erfolgen.

Die Untersuchungsergebnisse sind die folgenden

Katalysator

Platin

Umwandlung von Naturgas Einlaßtemperatur Auslaßtemperatur Auslaßgasgehalt an

Katalysator

99,8$ d.h. 99$ 54O°C

950 bis 95O°C

NOx <lppm CO <lOOppm

Platin/Palladium

Umwandlung von Naturgas Einlaßtemperatür Auslaßtemperatur Auslaßgasgehalt an

99.8% d.h. 99% 500⁰C

900 bis 95O⁰C

NOx <lppm CO <100 ppm

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Hieraus ergibt sich, daß mit der vorliegenden Erfindung
ein Heißgasstrom erzeugt werden kann, der einen sehr geringen Anteil an Schmutz- bzw. Schadstoffen hat und der deshalb für
die Behandlung von Nahrungsmitteln verwendet werden kann, d.h., zum Backen und dergleichen. Außerdem ist das Durchsatzverhältnis beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich größer als
bei konventionellen Systemen.

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3Ί1317 2 J 21 P 282 Anmelder: JOHNSON, MATTHEY & CO. LIMITED 43 Hatton Garden, London, ECIN 8EE, England Bezeichnung der Verfahren zur Wärmebehandlung von Erfindung: Lebensmitteln Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoff enthaltender Gasstrom und Kraftstoff über einen Katalysator gefördert werden, um die Temperatur des Gasstromes anzuheben, worauf der sich ergebende Heißgasstrom mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel in Berührung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff enthaltende Gasstrom zunächst allein gefördert wird und der Kraftstoff in den Strömungsweg dieses Gasstromes eingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff enthaltende Gasstrom mit einem Gebläse gefördert wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff enthaltende Gasstrom mit einem oder mehreren vorgeheizten Gas- und Kraftstoffströmen zusammengebracht wird.

5· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der vorgeheizten Gas- und Kraftstoffströme mit einem Pilot-Brenner vorgeheizt werden, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und eine Zündvorrichtung aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Gas- und Kraftstoffströme mit einer elektrischen Heizung beheizt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen stromaufwärts von einem oder mehreren Katalysatoren angeordnet sind.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Durchgang durch einen oder mehrere der Katalysatoren resultierende Heißgas durch einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom verdünnt und auf eine niedrigere Temperatur gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas- und Kraftstoffstrom unterteilt wird und auch der Katalysator
unterteilt ist, sodaß Teilströme des Gas-
und Kraftstoffstromes parallel durch separate katalytische Verbrennungsabschnitte
gefiltert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Heißgasströme nach dem
Verlassen der separaten katalytischen Verbrennungsabschnitte wieder zusammengeführt werden, um so mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel in Kontakt gebracht zu werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas- und Kraftstoffstrom

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durch zwei oder mehrere in Serie geschaltete Katalysatoren gefördert wird.

12. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet j daß der Gas- und Kraftstoffstrom durch zwei oder mehrere Katalysatoren geleitet und geteilt wird, sodaß ein Teil des Gas- und Kraftstoffstromes durch einen ersten und ein zweiter Teil des Gas- und Kraftstoffstromes durch einen zweiten Katalysator geleitet und die Durchleitung gegebenenfalls wiederholt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite abgeteilte Teilstrom vom Hauptgas- und Kraftstoffstrom vor dem Durchgang durch den zweiten Katalysator abgeteilt wird und stromaufwärts der Abtrennung dem Hauptgas- und Kraftstoffstrom wieder zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist.

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15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1*1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff Naturgas, Butan oder Propan ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Material auf einem metallischen oder keramischen Substrat über eine Zwischenschicht aus feuerfestem Metalloxid gestützt ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Basismetall eine NiCr-Legierung, eine Fe-Legierung S₁, eine Fe-Al-Cr-Y-Legierung oder Flußstahl für das Substrat verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Substrat Mullit, Zirconmullit, Cordierit, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder Zirkonoxid ist.

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19· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem Oxid von Mg, Ca, Sr, Ba, Xi, Y, Mn, Co, Ti, Zr, Hf, Th, Cr, Ni, Al, oder jedem der Lanthaniden, oder Aluminiumoxidhydrat besteht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metall Rh, Pd, Ir, Pt, Os, Cu, Co, Ni, W, Ce, oder Ba oder eine der Lanthaniden, ein Gemisch, eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung davon ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchsatzverhältnis des Systems im Bereich von 15-20 : 1 liegt.

22. Verfahren zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln unter Verwendung von Merkmalen der Ansprüche 1-21 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Zuführen eines Luftstromes zu einer Mischkammer;

(b) Zusammenführen dieses LuftStromes in der Mischkammer mit einem zweiten Luftstrom, der in Kontakt mit einem Pilot~Brenner vorgeheizt wurde, wobei der Pilot-Brenner mit thermischer Verbrennung oder einer elektrischen Heizung arbeitet;

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(c) Einspritzen eines weiteren Teiles des für die gesamte Wärmebehandlung notwendigen Kraftstoffes in die gemäß (b) zusammengeführten Ströme;

(d) Durchführung der zusammengefügten Ströme mit dem eingespritzten Kraftstoff durch eine oder mehrere katalytische Brennersektionen, von denen jede katalytische Kanäle in einem temperaturstabilen und oxidationsresistenten Block aufweist, wobei die kombinierten Kraftstoff-Luftströme durch die Kanäle geleitet werden und dabei in Kontakt mit den katalytisch aktiven Kanalwänden kommen und wobei vorzugsweise Mittel zur weiteren Einspritzung von Kraftstoff vorgesehen sind, sodaß die katalytische Verbrennung der wesentlichen Teile des unverbrannten Kraftstoffrestes eingeteilt wird;

(e) vorzugsweise weitere Verdünnung des sich ergebenden Heißgasstromes, soweit das notwendig ist, um dessen Temperatur einzustellen;

(f) Kontaktieren des so sich ergebenden Gasstromes mit dem zu behandelnden Nahrungsmittel.

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23. Verfahren zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Einführen eines Luftstromes in eine erste Mischkammer;

b) Zusammenführen dieses Luftstromes in der Mischkammer mit einem zweiten Luftstrom, der in Kontakt mit einem Pilot-Brenner vorgeheizt worden ist, wobei der Pilot-Brenner mit thermischer Verbrennung oder einem elektrischen Heizelement arbeitet;

c) Unterteilen der zusammengeführten Luftströme in Teilströme mittels eines oder mehrerer Teiler, die jeden Teilstrom durch eine separate Einspritz- und katalytische Verbrennungssektion leiten;

d) separates Einspritzen eines weiteren Teiles der für den jeweiligen Teilstrom benötigten Gesamtkraftstoffmenge in den jeweiligen Teilstrom;

e) Durchleiten der Teilströme mit eingeleitetem Kraftstoff durch eine oder mehrere katalytische Verbrennungssektionen mit einem temperaturstabilen und oxidationsresistenten einstückigen Block, der katalytische Kanäle aufweist, durch die die Teilströme mit eingespritztem Kraftstoff, die katalytischen Kanal-

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wände berührend, hindurchgeleitet werden, sodafö eine katalytische Verbrennung der wesentlichen Rückstände an unverbrannten Kraftstoffteilen des jeweiligen Stromes eingeleitet wird;

f) erneutes Zusammenführen der resultierenden Ströme aus jeder katalytischen Verbrennungssektion in einer zweiten Mischkammer;

g) vorzugsweise ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte c) - f) unter Verwendung des jeweiligen Restkraftstoffes;

h) vorzugsweise weitere Verdünnung des resultierenden Heißgasstromes, soweit das notwendig ist, um dessen Temperatur einzustellen und

2¹I. Verfahren zum Wärmebehandeln von Nahrungsmitteln gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a. Ein Gebläse oder ein anderes Fördermittel fördert einen Luftstrom;

b. ein mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung beschichteter Pilot-Brenner oder eine elektrische

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Heizung heizen einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom vor;

c. in einer Mischkammer werden der gemäß b. vorgeheizte Gasstrom und der gemäß a. geförderte Luftstrom miteinander vereinigt;

d. mittels eines Einspritzsystemes wird ein weiterer Teil des benötigten Kraftstoffes in den die Mischkammer gemäß c. verlassenden Heißgasstrom eingespritzt;

e. eine katalytische Brennereinheit enthält einen oder mehrere temperaturstabile und oxidationsresistente einstückige Blöcke, die katalytische Kanäle aufweisen, durch die die Luft-Kraftstoff-Ströme in Kontakt mit den katalytisch aktiven Kanalwänden hindurchgeführt werden, wobei Mittel zur weiteren Einspritzung von Kraftstoff vorgesehen sind, um eine katalytische Verbrennung des wesentlichen Teiles des Kraftstoffrückstandes einzuleiten;

f. vorzugsweise Mittel zum Verdünnen der heißen Verbrennungsgase, wie sie sich in der Stufe e. ergeben und

g. Mittel zum Herstellen des Kontaktes zwischen den sich so ergebenden Heißgasen und dem zu behandelnden Nahrungsmittel.

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25· Verfahren zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(A) Fördern eines vorgeheizten Luftstromes in eine Mischkammer, wobei die Vorheizung des Luftstroraes durch einen mit thermischer Verbrennung arbeitenden Pilot-Brenner oder ein elektrisches Heizelement erfolgt;

(B) Einspritzen eines weiteren Teiles der zum Heizen benötigten gesamten Kraftstoffmenge in den gemäß (A) erhaltenen Luftstrom;

(C) Durchführung des Luftstromes mit dem eingespritzten Kraftstoff durch eine oder mehrere katalytische Brenner Sektionen, von denen jede einen temperaturstabilen und oxidationsresitenten einstückigen Block aufweist, der mit katalytischen Kanälen versehen ist, durch die in Kontakt mit den katalytisch aktiven Kanalwänden die kombinierten Kraftstoff-Luft-Ströme hindurchgeleitet werden, sodaß die katalytische Verbrennung des wesentlichen Teiles des unverbrannten Kraftstoffrestes eingeleitet wird;

(D) vorzugsweise weitere Verdünnung des resultierenden Heißgasstromes, soweit das mit Rücksicht auf die Temperaturbestimmung des resultierenden Heißgasstromes notwendig ist;

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(E) vorzugsweise ein- oder mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte (B), (C) und (E) unter Verwendung des Restkraftstoffes und

(P) Kontaktieren des zu behandelnden Nahrungsmittels mit dem sich so ergebenden Gasstrom.

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