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Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff. Man erhält bekanntlich
Wasserstoff auf technischem Wege, wenn man mit passender Geschwindigkeit und bei
geeigneter Temperatur Wasserdampf über metallisches Eisen leitet, worauf man das
entstandene Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas, wie Sauggas, Wassergas, Leuchtgas,
Hochofengas usw., in Metall zurückverwandelt.
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Die Herstellung von reinem, kohlenotydfreiem Gas ist schwieriger durchzuführen,
wenn
das reduzierende Gas Kohlenwasserstoffe enthält, was beim Leuchtgas,
Koksofen-gas usw. der Fall ist, und zwar wegen der Möglichkeit sekundärer Reaktionen
und Zersetzungen. 'So z. B. bildet sich während der Reduktionsphase, wenn man nicht
bestimmte Vorsichtsmaßregeln .trifft, ein Niederschlag von Kohle, der beim Cberleiten
von Wasserdampf Kohlenoxyd gibt, dessen Menge je nach der Menge des angewendeten
-#Vasserdampfes wechselt. Um den Kohleniederschlag möglichst gering zu halten, empfiehlt
es sich insbesondere, bei Temperaturen zu arbeiten, die sich aus den bekannten Gleich;gewic'htsgesetzen
ergeben, und die Temperatur in der ganzen Reaktionsmasse wie auch während des ganzen
Verlaufs der Reaktion gleich hoch zu halten. Ist die Temperatur an einzelnen Puten
zu schwach, so kann unter anderem, zumal in Gegenwart von Eisenoxyd, die Zersetzung
eines Teils des Kohlenoxyds unter Bildung von Kohle und Kohlensäure eintreten. Ist
die Temperatur zu hoch, so wird die Zersetzung der Kohlenwasserstoffe begünstigt
und Kohlenstoff abgeschieden, der während der Oxydationsphase teilweise zu Kohlenoxyd
oxydiert werden kann.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Reaktionsmasse in verhältnismäßig
geringer Dicke in einer Kammer unterzubringen, die von denn ringförmigen Zwischenraum
von verhältnismäßig geringem Querschnitt zwischen zwei zylindrischen, zum Heizen
dieser Kammer von innen und außen dienenden Behältem gebildet wird.
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M dieser Anordnung dienen die reduzierenden Gase selbst zum Heizen
der Behälter, die die ringförmige, die Reaktionsmasse enthaltende Kammer begrenzen.
Die Reduktionsperiode verläuft in zwei Abschnitten; die reduzierenden Gase streichen
nacheinander in zwei Richtlungen durch die Beschickung, um. die beidem Behälter
zu erhitzen, die mit Besatzsteinen gefüllt sind und so als Wärmespeicher dienen.
Hierbei -erhält man einie gleichmäßige Temperatur während des Reduktions- und Oxydationsabschnittes
nicht. Man kann die von der Reduktionsperiode stammenden wertvollen Gase nicht ausnutzen,
und außerdemmacht die Reduktion in zwei Abschnitten die Apparatur verwickelt, vermehrt
die Zahl der Leitungen und Hähne und vervielfacht die nötigen Vorrichtungen..
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Die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchgang der reduzierenden Gase und des Wasserdampfes völlig unabhängig
vom dem Durchgang der Heizgase ist und die Reaktionstnnasse an keiner Stelle mit
den zum Heizen dienendem Gasen in Berührung kommen kann, indem die die Reaktionsmasse
umschließende Ringkammer keinerlei Verbindung mit den von den Heizgasen durchflossenen
Räumen .aufweist und nur eine öffnung an beiden Enden für den Durchgang des Wasserdampfes
und der reduzierenden Gase enthält.
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Die Vorrichtung besteht aus zwei senkrechten konzentrischen Rohren:
A und B, am besten von großer Länge (¢ bis 5 m). Der Ringraum C, der
auf wenige Zentimeter (z. B. 1 o bis 20 cm) beschränkt ist, wird mit der Reaktionsmasse
gefüllt, die in Form von Stükken passender Größe erscheint. Die Heizung erfolgt
zugleich im Innern des mittleren Rohres B und außen am weiteren Rohr
A. Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist die Wärmeverteilung im Innern der Masse
bei zylindrischen Rohren und einem Ringraum, der bis zu 17 cm Stärke gehen kann,
vollkommen gleichmäßig. Der Ringraum kann beträchtlich erweitert werden, wenn man
statt zylindrischer Rohre solche mit Wellen oder Riefen, am besten senkrecht verlaufenden,
verwendet, um den Ersatz der Reaktionsmasse zu erleichtern. Wie man sieht, kann
man mit dieser Einrichtung, da die Heizflächen teilweise in das Innere der Reaktionsmasse
eindringen, den Fassungsraum und damit die Leistung der Vorrichturig beträchtlich
vergrößern und dabei die Temperatur gleichmäßig halten, da die Masse immer in dünner
Schicht erhitzt wird. Man kann sich damit begnügen, nur dem inneren Rohr die Wellenform
zu geben, so daß dieses ungefähr die gleiche Heizfläche wie das äußere erhält. Welche
Anordnung auch gewählt wird, immer ist man darauf bedacht, zu beiden Seiten der
Beschickung eine annähernd gleiche Heizfläche zu erhalten.
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Arbeitsgang: Die in dem Raum C angebrachte Reaktionsmasse wird durch
die 'Heizgase, die in der Richtung der Pfeile f' durch das Innere des Rohres B und
in der Richtung der Pfeile f2 im Zickzack durch den Raum um das Rohr A streichen,
auf eine gleichmäßige und gleichbleibende Temperatur erhitzt. Der Wasserdampf wird
in den Raum C geschickt und durchfließt ihn in der Richtung der Pfeile f3. Ist die
Oxydationsperiode beendet, so unterbricht man den Wasserdampfstrom .und ersetzt
ihn durch reduzierende Gase, z. B. Sauggas, Wassergas, Leuchtgas usw., die ebenfalls
in Richtung der Pfeile f3 strömen. übrigens kann man auch den Wasserdampf in entgegengesetzter
Richtung wie die Reaktionsgase strömen lassen. In verschiedener Höhe sind Pyrometer
D angebracht.
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Auf den eigentlichen Reaktionsapparat folgt ein Wärmetauscher. Dieser
wird gebildet durch übereinanderatellen mehrerer Einzelteile oder Kästen, deren
jeder durch senkrechte, parallele Zwischenwände in enge Kammern geteilt ist, von
denen die einen, E, für den Durchfluß in senkrechter, die andern,
F,
für den Durchfluß in wagerechter Richtung dienen. Die Kammern E sind in jedem Abteil
oben und unten offen und sind seitlich durch vier Wände begrenzt. Die Kammern F
für den wagerechten Durchfluß sind oben und unten durch wagerechte. Scheidewände
geschlossen; aber ihre beiden Endseiten sind offen. Flanschen ermöglichen einen
einfachen und dichten Zusammenbau der einzelnen Kästen untereinander.
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Die Gase, die den Pfeilen f1. f= folgend zur Heizung des Reaktionsapparates
gedient haben, gehen in den Wärmetauscher, durchströmen die wagerechten Kammern
F des Speichers und geben ihre Wärme teils an die reduzierenden Gase, teils an den
Wasserdampf ab, die die senkrechten übereinanderliegenden Kammern E von unten nach
oben durchziehen. Die reduzierenden Gase und der Wasserdampf kommen also in dem
Reaktionsapparat mit einer Temperatur an, die der Reaktionstemperatur nahe liegt,
so daß die Temperatur in der ganzen Reaktionszone sehr gleichmäßig ist.
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Der beschriebene und dargestellte Reaktionsapparat bietet folgende
Vorteile: r. Dauernd gleichmäßige Temperatur sowohl während des Reduktions- wie
während des Oxydationsabschnittes, was besonders von Wichtigkeit ist, wenn reiner
Wasserstoff aus Steinkohlengas oder kohlenwasserstoffhaltigen Gasen hergestellt
werden soll. Diese Gleichmäß$gkeit der Temperatur wird erzielt durch die vollständige
Unabhängigkeit des Heizgas-und des Reaktionsgasstromes, durch Anwendung von Oberflächenerhitzern
und dadurch, daß die Heizung ganz methodisch erfolgt. Die Heizgase erhitzen, nachdem
sie die Reaktionskammer auf- die geeignete Temperatur gebracht haben, die Reaktionsgase
und den Wasserdampf im Gegenstrom auf Temperaturen nahe den Reaktionstemperaturen.
Auf diese Weise vermeidet man Temperaturschwankungen, die sekundäre, für die Rein!he
it des Wasserstoffs nachteilige Reaktionen begünstigen.
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2. Vereinfachung der Apparatur und des Betriebes. Am Eingang jedes
Apparats oder jeder Gruppe von Apparaten hat mär einen einzigen Dreiweghahn, der
selbsttätig bedient wird. Dies ist von Wichtigkeit, wenn man bedenkt, wie kurz die
Dauer jeder einzelnen Phase des Vorganges ist. Falsche Handgriffe sind bei dieser
Vorrichtung unmöglich gemacht. Nachdem der Apparat ein für allemal eingestellt ist,
geschieht die Bedienung der Ventile selbsttätig und. erfordert keine Handarbeit
mehr.
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3. _ Bessere Ausnutzung der Heizgase, daher Ersparnis an Wärmeenergie
für die Heizung. Diese folgt daraus, daß die zur Heizung dienenden Gase, die beliebiger
Art sein können, den Apparat verlassen, nachdem sie ihren Wärmeinhalt mit den reduzierenden,
Gasen und dem Wasserdampf ausgetauscht haben, die ihnen entgegenströmen, d. h. die
Heizgase treten mit niedriger Temperatur - etwa 2oo° -- aus.
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q.. Die Möglichkeit, die an Methan angereicherten Gase gesondert und
vollständig zu gewinnen. Diese Gase können zu einer neuen Reduktion des Minerals
benutzt werden, oder sie können zur Abscheidung des Methans oder .irgendeines anderen
Gases dienen oder für andere Zwecke verwendet werden, wobei in Betracht kommt, da.ß
sie einen höheren Heizwert als das ursprüngliche Gas haben.
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5. Längere Lebensdauer des Gußeisens, der Metalle oder der Legierungen,
aus denen die Apparate gebaut sind, weit die Temperatur regelmäßig und gleichförmig
ist und die Gefahr einer Überhitzung nicht zu fürchten ist.