DE421736C

DE421736C - Apparatus for large-scale production of hydrogen

Info

Publication number: DE421736C
Application number: DEL59782D
Authority: DE
Original assignee: OXHYDRIQUE FRANCAISE FA L
Current assignee: OXHYDRIQUE FRANCAISE FA L
Priority date: 1924-03-18
Filing date: 1924-03-18
Publication date: 1925-11-19

Description

Apparat zur Großgewinnung von Wasserstoff. Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Apparat zur GroßgWinnung von Wasserstoff mit Hilfe von Reduktionsgasen, ,\-Ietalloxyd und Wasserdampf oder Luft.Apparatus for the large-scale production of hydrogen. The present invention relates to an improved apparatus for the large-scale production of hydrogen with the aid of Reducing gases,, \ - metal oxide and water vapor or air.

Bei der Wasserstoffgewinnung mittels Eisen tind Reduktionsgasen ist man genötigt, in verhältnismäßig rascher Wechselfolge, bei etwa 700° C, gewaltige Mengen Reduktionsgase, alsdann Wasserdampf auf große Massen Eisenerz einwirken zu lassen.When hydrogen is produced by means of iron, there are reducing gases one requires, in relatively rapid succession, at about 700 ° C, enormous ones Quantities of reducing gases, then water vapor to act on large masses of iron ore permit.

Um einen möglichst innigen, gleichmäßigen Kontakt der Heizgase sowohl als auch der Reaktionsgase mit dem Erz zu sichern, ging man dazu über, an Stelle einer einzelnen Retorte eine größere Anzahl von Reaktionsretorten oder in eine größere Anzahl von Abteilungen unterteilte Apparate zu verwenden.In order to achieve as intimate, even contact as possible between the heating gases as well as to secure the reaction gases with the ore, one went over to this instead a single retort a greater number of reaction retorts or to use apparatuses divided into a larger number of compartments.

Je größer die Anzahl dieser Retorten oder Abteile, um so sicherer «erden direkte Gaswege im Erze vermieden.The greater the number of these retorts or compartments, the safer «Avoid direct gas paths in the ore.

Bekanntlich ist man nicht allein gezwungen, die Erzmasse in zahlreiche Zellen zu verteilen, sondern auch genötigt, die Geschwindigkeit der jede dieser Zellen durchstreichenden Gase annähernd zu regeln. Diese Zellen stehen durch die Ein- und Austrittssamrnelkammern miteinander in Verbindung.It is well known that one is not only forced to divide the ore mass into numerous Cells to distribute, but also forced the speed of each of these Cells stroking gases to approximately regulate. These cells stand by the Inlet and outlet collection chambers in communication with one another.

Es ist bekannt, daß ohne diese Reguliermöglichkeit die Gase das Bestreben haben, vorzugsweise in bestimmten Zellen - zum Nachteil aller anderen - zu zirkulieren, so daß sich die Reaktion nur in einem Teil der Gruppe wirtschaftlich vollzieht.It is known that without this possibility of regulating the gases the tendency have to circulate preferentially in certain cells - to the detriment of all others, so that the reaction only takes place economically in part of the group.

Bei mehreren an sich bekannten Apparaten mit zahlreichen länglichen Zellen ist jede Zelle aus oben angegebenem Grunde mit Aus- und Eintrittsschieber versehen. Diese Anordnung führt jedoch große Unzulänglichkeiten mit sich.In several known apparatus with numerous elongated For the reason given above, each cell is cells with an exit and entry slider Mistake. However, this arrangement has major shortcomings.

Die Reaktion zwischen den Reduktionsgasen und dem Eisenerz vollzieht sich bei etwa 7oo° C. Die Heizgase und Reaktionsgase müssen unter diesen Verhältnissen den Apparaten mit mehr als 700° C zugeführt werden, um diese bei etwa 700° C zü verlassen. Die bei diesen hohen Temperaturen dicht schließenden Schieber sind kostspielig, sehr empfindlich und oft unzuverlässig, weil es sich um einen vollkommen dichten Verschluß handelt; nun ist aber dieser vollkommen dichte Verschluß während der eigentlichen Produktionsperiode des Wasserstoffes unbedingt erforderlich, damit dieses Gas nicht durch Mischung mit den anderen Gasen verunreinigt wird. Die von der heutigen Industrie verwendeten Wasserstoffmengen, besonders zur Fabrikation des synthetischen Ammoniaks, sind außerordentlich bedeutend, derart, daß Apparate von iooo 1113 Stundenleistung üblich sind. Derartige Produktionen bedingen das bedeutende Gewicht an Eisenoxyd von etwa 5o t pro Apparat. Die Verteilung der Gase auf diese gewaltige Erzmasse erfordert eine große Anzahl von Zellen, ungefähr hundert, deren jede einen Eintritts- und einen Austrittsschieber bedingt. Diese große Anzahl von Schiebern muß häufig gesteuert werden, da man beinahe stündlich nachfolgende drei Arbeitsperioden auszuführen hat, und zwar: i. Heizung, 2. Reduktion, 3. Oxydation, wobei für jede Periode eine andere Gasart in Frage kommt; es sei besonders auf das unsichere Funktionieren und Dichten der Schieber bei hohen Temperaturen hingewiesen, wobei sich die hieraus entspringenden Mißstände proportional zur Anzahl der Schieber vermehren.The reaction between the reducing gases and the iron ore takes place at about 7oo ° C. The heating gases and reaction gases must be under these conditions the apparatus with more than 700 ° C are fed to them at about 700 ° C zü leaving. The valves, which close tightly at these high temperatures, are expensive, very sensitive and often unreliable because it is a perfect seal Lock acts; but now this completely tight seal is during the actual Production period of the hydrogen is absolutely necessary so that this gas does not becomes contaminated by mixing with the other gases. Those of today's industry quantities of hydrogen used, especially for the manufacture of synthetic ammonia, are extremely important, such that apparatuses with an hourly output of 1,000,000 are common. Such productions cause the considerable weight of iron oxide of about 50 t per device. The distribution of the gases over this enormous mass of ore requires a large number of cells, about a hundred, each of which has an entry and an outlet slide conditional. This large number of slides must be frequent can be controlled, as you have to carry out the following three working periods almost every hour has, namely: i. Heating, 2. Reduction, 3. Oxidation, with one for each period another type of gas is possible; it was especially on the unsafe functioning and Sealing the gate valve at high temperatures pointed out, which results from this the resulting grievances increase proportionally to the number of sliders.

Gerade diese Schwierigkeiten sind die gefürchtetsten bei Großfabrikationsanlagen des Wasserstoffs.It is precisely these difficulties that are the most feared in large-scale manufacturing plants of hydrogen.

Der Apparat gemäß der Erfindung mit zahlreichen länglichen Zellen ist bestimmt, diese Schwierigkeiten wirksam zu beseitigen.The apparatus according to the invention with numerous elongated cells is intended to effectively eliminate these difficulties.

Die Erfindung kennzeichnet sich durch eine Einrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff mittels Reduktionsgasen, Metalloxyd und Wasserdampf mit Metalloxyde enthaltenden länglichen Zellen in der Art, daß dem Apparat der Wasserdampf durch eine Leitung zugeführt wird, die durch einen bei hoher Temperatur dicht schließenden Hauptschieber bedient wird und in eine gemeinsame Sammelkammer mündet, von der aus die Gasströme direkt in die Zellen strömen, wobei jede dieser Zellen vorzugsweise an ihrem Austritt mit einem Regulierschieber versehen ist, der nicht unbedingt dicht zu schließen braucht, worauf der die Zellen verlassende Wasserstoff in einen Sammler geleitet wird.The invention is characterized by a device for extraction of hydrogen by means of reducing gases, metal oxide and water vapor with metal oxides containing elongated cells in such a way that the apparatus allows the water vapor to pass through a line is fed through a tightly closing at high temperature Main slide is operated and opens into a common collecting chamber from which the gas streams flow directly into the cells, each of these cells preferably is provided with a regulating slide at its outlet, which is not necessarily tight needs to close, whereupon the hydrogen leaving the cells in a collector is directed.

In beiliegender Zeichnung sind als Beispiel zwei Ausführungsarten eines die Erfindung verwirklichenden, verbesserten Apparates schematisch dargestellt.In the accompanying drawing, there are two types of execution as examples an improved apparatus embodying the invention is shown schematically.

Abb. i und 2 zeigen im Auf- und Grundriß eine Ausführungsart des Aeparates, in dem die Gase nur durch eine einzige Zellenserie strömen, während Abb. 3 und .4 eine etwas abgeänderte Ausführungsform eines solchen Apparates zeigen, in dem die Gase nacheinander in zwei Serien die das Eisenerz enthaltenden Zellen durchströmen.Fig. I and 2 show in plan and floor plan an embodiment of the Aeparates, in which the gases only flow through a single series of cells, while Fig. 3 and .4 show a somewhat modified embodiment of such an apparatus in which the Gases flow through the cells containing the iron ore in two series one after the other.

Im Beispiel entsprechend Abb. i und 2 der Zeichnung bedeutet i die zur Aufnahme des Metalloxydes bestimmten länglichen Zellen. Diese Zellen sind im Block 2 aus feuerfestem Mauerwerk geformt und können im Innern mit einem Mantel aus dünnem Blech gefüttert werden. Der ganze Apparat kann mit einem Mantel 3 aus Blech von 2 bis 3 mm Stärke umgeben werden. Die Zellen i sind am oberen Ende durch eine Decke q. abgeschlossen. Diese Decke kann abnehmbar eingerichtet sein und bildet gewöhnlich die Eintrittssammelkammer für die dem Apparat zugeführten Gase. Die Decke ist mit verschließbaren Öffnungen 6 versehen, die das periodische Auffüllen mit Eisenerz sowie die Instandhaltung des Apparates gestatten. Die Gaszufuhrleitung 7 mündet in die Eintrittssammelkammer 5. Die Mündungsleitung 7 steht mit den Leitungen 8a, 8L in Verbindung, durch die die verschiedenen Gasarten zugeführt werden. Die heißen Heizgase werden z. B. durch die Leitung 8a zugeführt, während die Leitung h'' für die Zufuhr der Reduktionsgase dient. In die Leitung 7 mündet ferner das Rohr 9, das Wasserdampf zuführt. Beide Leitungen 8a und 8b sind mit einem bei hoher Temperatur dicht schließenden Schieber roa und iob versehen. Das untere Ende der Zellen i mündet in eine Kappe i i, die mit einer Entleerungskappe und einem Gasaustrittsrohr versehen ist. Das Metalloxyd kann auf einem perforierten Boden oder Rost 12 auflagern, der die Zelle i von der Kappe i i trennt, wie dies aus Abb. 3 hervorgeht.In the example according to Fig. I and 2 of the drawing, i means the elongated cells designed to hold the metal oxide. These cells are in Block 2 molded from refractory masonry and can be inside with a jacket be fed from thin sheet metal. The whole apparatus can be made with a jacket 3 Sheet metal with a thickness of 2 to 3 mm can be surrounded. The cells i are through at the top a blanket q. closed. This blanket can be set up and designed to be removable usually the inlet plenum for the gases fed to the apparatus. The ceiling is provided with closable openings 6, the periodic filling with Allow iron ore and maintenance of the apparatus. The gas supply line 7 opens into the inlet collection chamber 5. The outlet line 7 is connected to the lines 8a, 8L in connection through which the various types of gas are supplied. the hot heating gases are z. B. through the line 8a fed while the line h ″ serves for the supply of the reducing gases. In the line 7 opens furthermore the pipe 9, which supplies water vapor. Both lines 8a and 8b are with one at high temperature tightly closing slide roa and iob provided. The lower The end of the cells i opens into a cap i i, which is equipped with a drainage cap and a Gas outlet pipe is provided. The metal oxide can be on a perforated floor or support grid 12, which separates the cell i from the cap i i, as shown in Fig. 3 emerges.

Jede Zelle i ist mit besonderem Gasregelungssystem versehen, das entweder aus einen Regulierschieber (Register o. dgl.) besteht, der nicht unbedingt dicht zu schließen braucht. Diese Regulierschieber oder -register können aus irgendeinem hitzebeständigen Material oder Metallbestehen und sowohl am Eintritt als auch am Austritt der Zelle, wie im dargestellten Beispiel, angeordnet werden.Each cell i is provided with a special gas control system, either consists of a regulating slide (register or the like) that is not necessarily tight needs to close. These regulating slides or registers can consist of any heat-resistant material or metal and both at the entrance and at the The exit of the cell can be arranged as in the example shown.

Die Austrittsrohre der Kappen i i münden in eine Sammelkammer 1d., die mit den Leitungen i 5a, i 5b und i 5c zur Ableitung der verbrannten Heizgase, der überschüssigen Reduktionsgase und des gebildeten Wasserstoffes dienen. Jede dieser Austrittsleitungen ist mit einem bei hoher Temperatur dichtschließenden Schieber 16a, 16b bzw. 16c versehen. Die Geschwindigkeitsunterschiede der Gase, die infolge der ungleichen Schichtung des Erzes in den einzelnen Zellen auftreten können, können durch geeignete, entsprechend abgezweigte Meßapparate beobachtet werden. Hierfür kann z. B. die Manometerröhre von P i t o t verwendet werden. Diese Verschiedenheiten werden sogleich durch entsprechende Regelung mittels der besonderen Regulierschieber i3 ausgeglichen.The outlet pipes of the caps i i open into a collecting chamber 1d., those with lines i 5a, i 5b and i 5c for discharging the burned heating gases, serve for the excess reducing gases and the hydrogen formed. Every these outlet lines are fitted with a valve that closes tightly at high temperature 16a, 16b and 16c, respectively. The speed differences of the gases that result the uneven stratification of the ore in the individual cells can occur can be observed by suitable, appropriately branched measuring devices. Therefor can e.g. B. the manometer tube from P i t o t can be used. These differences are immediately regulated by means of the special regulating slide i3 balanced.

Die Heizung der eintretenden Gase kann durch irgendein vor dem Eintritt in den Apparat untergebrachtes System erfolgen.The heating of the entering gases can be done by any before the entry system housed in the apparatus.

Die Heizung kann selbstverständlich auch, wie oben erwähnt, im Apparat selbst erfolgen, und zwar mittels der Brenner 17.As mentioned above, the heater can of course also be installed in the apparatus take place themselves, specifically by means of the burner 17.

In Abb. 3 und 4 ist ein dein v orbeschr iebenen ähnlicher Apparat veranschaulicht. Dieser Apparat ist jedoch derart abgeteilt, daß die Gase nacheinander zwei Serien von Zellen i durchstreichen. Man könnte in gleicher Weise die Gase drei, vier oder mehr Zellenserien durchströmen lassen. i. Heizperiode: Der Schieber iob und der Leitungshahn 9 einerseits und die Schieber 16b und 16c anderseits, sind geschlossen; man öffnet die Schieher ioa und 1G" oder nur 16° und die Gas-und Luftzufuhr zu den bei 17 unter der Decke untergebrachten Brennern.In Figs. 3 and 4 there is a similar apparatus as described above illustrated. However, this apparatus is divided in such a way that the gases one after the other cross out two series of cells i. One could in the same way the gases three, let flow through four or more series of cells. i. Heating season: the slider iob and the tap 9 on the one hand and the gate valves 16b and 16c on the other hand closed; you open the slider ioa and 1G "or only 16 ° and the gas and air supply to the burners located under the ceiling at 17.

Im ersten Falle treten die heißen, verbrannten Gase durch die Leitung 8a ein.In the first case, the hot, burned gases pass through the pipe 8a a.

Im zweiten Falle bilden sich die verbrannten Heizgase an den Brennern 17 selbst.In the second case, the burned heating gases form on the burners 17 itself.

In beide-. Fällen durchströmen sie den Apparat und erhitzen das in den Zellen i befindliclr° Met- lloxvd, um den Apparat durch die Leitung 1511 zu verlassen. 2. Reduktionsperiode: Sobald die Heiztemperatur den erforderlichen Wärmegrad erreicht hat, schließt man die Schieber ioa und 16a und öffnet die Schieber iob und 16b. Die Reduktionsgase treten bei 8b in den Apparat ein, durchströmen die Zellen, um durch die Leitung 15b auszutreten. 3.Oxydationsperiode : Sobald die Oxydmasse zu Eisen reduziert ist, schließt man die Schieber iob und 16b und öffnet den Hahn des Rohres 9 sowie den Schieber 16r. Der Wasserdampf tritt durch das Rohr 9 ein, durchströmt die Zellen, woselbst er sich durch Oxydation des Eisens zersetzt. Der Wasserstoff entweicht durch die Leitung i5c.In both-. Cases, they flow through the apparatus and heat the in The cells are located in metal, in order to connect the apparatus through line 1511 leaving. 2. Reduction period: as soon as the heating temperature has the required degree of warmth has reached, one closes the slide ioa and 16a and opens the slide iob and 16b. The reducing gases enter the apparatus at 8b, flow through the cells, to exit through line 15b. 3. Oxidation period: once the oxide mass is reduced to iron, the gate valves iob and 16b are closed and the valve is opened of the tube 9 and the slide 16r. The water vapor enters through the pipe 9, flows through the cells, where it is decomposed by oxidation of the iron. Of the Hydrogen escapes through line i5c.

In beiden beispielsweise dargestellten Ausführungsformen kann, wenn erforderlich, die Richtung der Gasströme in den Zellen geändert werden.-Das Material, aus welchem der Apparat besteht, kann mehr oder weniger feuerfest sein, gegebenenfalls auch lackiert werden. Die Zellen können vertikal, horizontal oder schräg angeordnet werden.In both exemplary embodiments shown, if required to change the direction of the gas flows in the cells.-The material, which the apparatus consists of can be more or less refractory, if necessary can also be painted. The cells can be arranged vertically, horizontally or at an angle will.

Claims

PATENT CLAIM: Apparatus for large-scale production of hydrogen by means of reducing gases, metal oxide and water vapor, with elongated cells containing metal oxides, characterized in that the gases or water vapor is fed to it through a special or shared line, which is operated by a main slide valve that closes tightly at high temperature and opens into a common collecting chamber, from which the gas streams flow directly into the cells, each of these cells preferably being provided with a regulating slide at its outlet which does not necessarily have to close tightly, whereupon the gases leaving the cells then be directed to a collector.