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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gas aus Schweröl Gegenstand
der Erfindung sind Verbesserungen des Verfahrens zur Herstellung von Gas aus Schweröl,
das im wesentlichen in einer teilweisen Verbrennung des Öls mit einem überhitzten
Gemisch von Wasser und Wasserdampf besteht. Bei jenem Verfahren wird das Öl mittels
eines Gemiscnes von überhitzter Luft mit Wasserdampf in einer wärmeisolierten Kammer
zerstäubt, in welcher die teilweise Verbrennung stattfindet, während die Verbrennungsprodukte
dann über einen Katalysator strömen, der die Vergasung des Öls vervollständigt.
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Dieses Verfahren wird nach der gegenwärtigen Erfindung wesentlich
verbessert, indem man einen Tiegel in das Innere der Verbrennungskammer gegenüber
dem Ölzerstäuber und in geeigneter Entfernung von ihm einsetzt. Der Strahl von pulverisiertem
Öl, überhitzter Luft und Wasserdampf wird in das Innere dieses durch die Verbrennung
auf Glühhitze gehaltenen Tiegels eingespritzt. Die teilweise Verbrennung des Öls
findet mehr oder weniger vollständig im Innern des Tiegels statt, und die Verbrennungsprodukte
steigen in Wirbeln entlang der inneren Wandung dieses aufwärts und bespülen dann
die Wandungen von außen, an denen sie von der Wandung zu der Verbrennungskammer
geführt werden.
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Die gegenwärtige Erfindung besteht allgemeiner darin, ein inniges
Gemisch von Öl, welches im ganzen zerstäubt ist, mit überhitzter Luft und Wasserdampf
in das Innere eines Hohlkörpers zu spritzen, der mit eine Ausgangsöffnung versehen
ist, wobei die wirbelnden Flammen der teilweisen Verbrennung, welche aus dem Hohlkörper
entweichen, dann die Außenwandung desselben bestreichen, wobei sie auch von den
Wänden eines Ofenkörpers geführt werden, der diesen Hohlkörper vollständig umgibt.
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Es ist wünschenswert, daß die teilweise Verbrennung vollständig beendigt
ist, bevor ihre Produkte aus dem Ofen austreten oder selbst bevor sie über den Katalysator
streichen, wenn man einen solchen verwendet. Zu diesem Zweck wird eine Kammer angeordnet,
in welcher sich die Gase in Wirbeln ausbreiten und wo ihre Verbrennung vervollständigt
-wird, bevor sie den Katalysator oder die Ausgangsöffnung des Apparates erreichen.
Diese Kammer wird vorzugsweise unmittelbar an der Ausströmungsöffnung des Tiegels
so angeordnet, daß die Gase entlang den äußeren Wänden desselben geführt werden,
wo
die teilweise Verbrennung sich vervollständigt und deshalb ihre Temperatur am höchsten
ist. Wenn das erzeugte Ölgas zur Speisung eines Motors verwendet wird, was seine
hauptsächliche . Anwendungsweise ist, dann ist ein Erfolg der Erfindung eine starke
Erhöhung der Elastizität des Motors, d. h. man kann ihn mit viel geringerer Geschwindigkeit
betreiben. Außerdem wirkt der Gaserzeuger, ohne sich zu verschmutzen, und die teilweise
Verbrennung findet ständig in gleicher Weise statt, wenn man die Luft und den nötigen
Wasserdampf auf ungefähr qoo bis 5oo° erhitzt. Hierzu können die Abgase des Motors
allein benutzt werden, ohne die Luft einer nachträglichen Zusatzerhitzung durch
die Verbrennungsgase des Gaserzeu-. gers aussetzen zu müssen, wie dies bei dem gewöhnlichen
Verfahren allgemein notwendig war. Selbstverständlich aber können die Vorteile,
die bei der Erhitzung der Luft oberhalb 5oo° und im besonderen zwischen 700° und
goo° erzielt werden, wenn man eine solche weitere Überhitzung anwendet, auch hier
erreicht werden.
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Das neue Verfahren gestattet, alle Vorteile der sehr feinen Zerstäubung
des Öls nutzbar zu machen. Es ist gefunden worden, daß unter sonst gleichen Bedingungen
eine feinere Zerstäubung des Öls die Verschmutzung des Gaserzeugers vermindert.
Die feiner zerstäubten Ölstrahlen sind aber gerader und sozusagen starrer, und die
Flamme der teilweisen Verbrennung ist dann länger; sie erstreckt sich auf größere
Entfernungen von dem Zerstäuber, und es wird schwierig, sie bei den gewöhnlichen
Verfahren in der Verbrennungskammer aufrechtzuerhalten. Außerdem ist die Verbrennungstemperatur
niedriger und die Verbrennung weniger gleichmäßig. Der in die Verbrennungskammer
eingesetzte Tiegel aber bricht den Strahl und hält ihn in Wirbelform zusammen und
trägt durch seine glühende Oberfläche dazu bei, die Flamme in der Nähe des Zerstäubers
zusammenzuhalten.
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Dementsprechend verbindet die gegenwärtige Erfindung ein Verfahren
der Feinzerstäubung des Öls mit der Gegenwart eines Tiegels in der Verbrennungskammer.
Dies Verfahren besteht darin, die Gesamtheit der notwendigen Luft und des Dampfes
in zwei Teile zu teilen. Der erste Teil wird durch eine geringe Menge der einen
oder anderen dieser Flüssigkeiten oder eines Gemisches derselben gebildet, stark
komprimiert und bewirkt die Zerstäubung des Öls. Der zweite Teil, der eine größere
Menge darstellt, wird unter geringerem Druck überhitzt und dann innig dem zerstäubten
Ölstrahl einverleibt, und zwar durch die mechanische Wirkung seiner Entspannung.
Die Flüssigkeit von geringerer Spannung wird so angewendet, daß sie den Ölstrahl
trifft und sich an dem Ursprung desselben oder genügend nahe diesem Ursprung mit
ihm mischt. Dabei erzeugen die doppelten Entspannungen der Flüssigkeit von hohem
Druck einerseits und die Flüssigkeit niederen Drucks andererseits einen heftig bewegten
Strahl, der aus feinen Öltröpfchen, überhitztem Wasserdampf und überhitzter Luft
besteht.
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Beispielsweise kann die geringere Flüssigkeitsmenge, welche die Zerstäubung
des Öls bewirkt, eine Entspannung von der Größenordnung von i bis 2 kg auf den qcm
erleiden und die größere Menge des Gemisches von Luft und Dampf eine Entspannung
der Größenordnung von einigen ioo g auf den qcm.
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Das beschriebene Zerstäubungsverfahren gibt aber nur dann günstige
Ergebnisse, wenn es mit einer starken überhitzung der Luft und des Wasserdampfs
verbunden ist. Die Flüssigkeit des niederen Drucks, welche den größeren Anteil des
Gemisches von Luft und Wasser erhält, soll immer oberhalb 300° erhitzt sein. Die
Flüssigkeit höheren Drucks wird im allgemeinen auch überhitzt sein, obwohl in gewissen
Fällen sie durch eine kleine Menge kalter Luft gebildet werden kann. Bei der praktischen
Ausführung wird man vorzugsweise die gesamte Luft ohne Wasserdampf auf den niederen
Druck bringen, wobei eine geringe Menge dieser komprimierten Luft den Kompressor
speist, welcher die Zerstäuberflüssigkeit unter. hohem Druck liefert. Der Wasserdampf
wird unmittelbar unter Druck durch einen Kessel geliefert, der ganz oder teilweise
an die eine oder andere Luftleitung nach dem Durchgang der Luft durch die Kompressoren
angeschlossen ist.
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Geradeso kann man aber die Flüssigkeit von höherem Druck durch Wasserdampf
herstellen, der aus einem Kessel von genügendem Druck stammt, z. B. mehrere kg auf
den qcm. Das Verfahren braucht dann nur einen Kompressor an Stelle von zweien.
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Die folgende Beschreibung ergibt eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung. Abb. i zeigt einen Längsschnitt eines Gaserzeugers.
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Abb. ia ist eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher der Tiegel
und die Wände der Verbrennungskammer metallisch sind.
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Abb. ib und ic zeigen weitere Abänderungen, bei welchen eine besondere
Kammer für die Vollendung der teilweisen Verbrennung vorgesehen ist.
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Abb. 2 zeigt eine Abänderung, bei welcher der Zerstäuber exzentrisch
zu dem Tiegel sitzt.
Abb.3 zeigt den Längsschnitt einer anderen
Abänderung, bei welcher der Tiegel der Abb. i durch einen Ofen mit drehender Flamme
ersetzt ist.
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Abb. q. zeigt einen Schnitt nach der Linie q.-d. der Abb. 3.
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Abb. 5 zeigt einen Längsschnitt eines Ölzerstäubers.
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Abb.6 zeigt eine Abänderung der Bauart nach Abb. 5.
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Bei dem Apparat nach Abb. i trifft der Strahl aus zerstäubtem Öl,
überhitzter Luft und Wasserdampf aus dem Zerstäuber io den glühenden Tiegel ig.
Die Verbrennung setzt ein, und die Flammen steigen an den Tiegelwandungen nach oben.
Es ist zweckmäßig, den Ölnebel gewaltsam gegen die Tiegelwand zu schleudern und
diesen deshalb in eine geeignete Entfernung von dem Zerstäuber zu setzen, um Wirbel-
und Flammenrückschläge zu erzeugen, welche die Einzelflammen durcheinanderbringen.
Die Wirbel steigen an den Wänden empor und mischen sich teilweise mit dem Strahl,
welcher aus dem Zerstäuber kommt, und führen so zu der Entzündung des Strahls nahe
an der Austrittsöffnung des Zerstäubers. Diese Anordnung ist für eine schnelle Entzündung
bei Beginn der Inbetriebsetzung sehr günstig. Die Flammen bespülen dann die Außenwand
des Tiegels, und die Produkte der teilweisen Verbrennung können dann über einen
glühenden Katalysator 12 streichen, bevor sie durch die Leitung 16 entfernt werden,
obwohl in gewissen Fällen die glühende Oberfläche des Tiegels selbst die Rolle des
Katalysators übernehmen kann.
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Der Tiegel ist im allgemeinen aus einer wärmeleitenden Masse, wie
Graphit, Karborund oder vorzugsweise unoxydierbarem Metall, hergestellt und wird
durch Stützen i i getragen.
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Nach der Abb. 1a ist zur Abkürzung der Zeit zur Heizung des Ofens
die Benutzung eines metallischen Tiegels aus unoxydierbarem Stahl von geringer Dicke
vorgesehen. Außerdem ist vorgesehen, die innere feuerfeste Auskleidung des Ofens
durch eine hohle Umkleidung aus nicht oxydierbarem Stahl zu ersetzen, welche mit
einem sehr leichten Isoliermittel 2¢, z. B. Stücke poröser Ziegel oder ein Pulver,
wie Kieselgur, gefüllt ist, «-elche keinerlei mechanischer Beanspruchung ausgesetzt
ist.
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Der Tiegel ig gestattet eine sehr leichte Entzündung und anfängliche
Beheizung des in Abb. i dargestellten Gaserzeugers. Eine Öffnung 13 in der oberen
Wandung des Gaserzeugers ist für gewöhnlich mit einem Pfropfen 14. verschlossen
und gestattet nach dessen Wegnahme in den Tiegel ig im Augenblick der Entzündung
einen festen Brennstoff, wie Brikett oder Holzkohle, einzuführen. Man entzündet
diesen Brennstoff, indem man in den Tiegel durch die Öffnung 13 einen geeigneten,
in Brand gesetzten Körper einführt. Man schließt dann den Deckel 14 und bläst Luft
durch den Zerstäuber io ein.
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Die durch den in dem Tiegel enthaltenen Brennstoff erzeugten Flammen
bringen sehr schnell den Tiegel selbst und den ganzen Gaserzeuger auf die richtige
Temperatur, bei welcher man dann das Öl in den. Zerstäuber io zum Betriebsbeginn
des Verfahrens einlassen kann. Man kann die Vorteile der Erfindung und im besonderen
die Anzündung sehr stark verbessern, wenn man in den Tiegel und im besonderen auf
den Boden desselben einen leichten, porösen Ziegelstein 22 bringt, der die Verbrennung
erleichtert und vergleichmäßigt. Der Ziegel kann ebenso den Boden des Tiegels selbst
darstellen. Es ist zweckmäßig, die Ziegeloberfläche durch Riffeln an der Oberseite
zu vergrößern.
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Die Abb. ib zeigt eine abgeänderte Form, bei welcher eine Kammer 23
vorgesehen ist, in der die teilweise Verbrennung vollendet wird, bevor die Produkte
den Katalysator erreichen.
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Bei der Abb. ic ist diese Kammer nach dem oberen Teil des Gaserzeugers
verlegt, so daß die Verbrennung vollendet wird, bevor die Produkte an den Außenwandungen
des Tiegels entlangstreichen. Die Flammen treten aus dem Tiegel durch einen schmalen
Schlitz 24 aus, welcher für die Vollendung der Verbrennung sehr vorteilhafte Wirbel
erzeugt. Der Zerstäuber ist in passender Weise isoliert. Die Entzündung erfolgt
durch ein Rohr 25, welches den Tiegel mit dem Außenraum verbindet.
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Die Abb. 2 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Abb. i, bei welcher
der Zerstäuber io exzentrisch zu dem Tiegel i9 ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß
diese Anordnung die Vorteile des Verfahrens erheblich vergrößert. Der Grund ist
vielleicht, daß die Bildung von Wirbeln in dem Tiegel 1g noch stärker begünstigt
wird. Wie die Pfeile zeigen, trifft der zerstäubte Ölstrahl schräg auf die Tiegelwand
und folgt ihr, indem er sie auf einem großen Teil ihrer Ausdehnung bestreicht. Dieser
Lauf des zerstäubten Ölstrahls in Berührung mit der Wand begünstigt den Wärmeaustausch
zwischen dem Tiegel und den verhältnismäßig kalten Produkten im Innern, welche an
der Verbrennung noch nicht teilgenommen haben.
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Die Ergebnisse lassen sich noch weiter mit dem Apparat nach den Abb.
3 und ¢ verbessern. Hier ist der Tiegel i9 durch eine kreisförmige Kammer 15 ersetzt,
deren Deckel mit
einer zentralen Ausgangsöffnung 17 versehen ist.
Der Zerstäuber io sendet den zerstäubten Ölstrahl tangential zu der Seitenwandung
der Kreiskammer durch die Öffnung 2o in dieser Wand. Hierdurch wird in der Kammer
15 eine kreisende Flamme hergestellt, welche die Entzündung des Ölstrahls und den
Wärmeaustausch des Tiegels mit den Produkten in ihm sehr begünstigt.
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Die Abb.5 zeigt eine Ausführungsform der ölzerstäubung mit doppelter
Entspannung einer Flüssigkeit niederen Druckes und einer Flüssigkeit von hohem Druck.
Das Öl wird durch ein axiales Zuflußrohr i zugeführt, welches aus der Leitung :2
gespeist wird. Ein Teil der zweckmäßig erhitzten Luft mit Wasserdampf unter einem
Druck von i bis 2 kg auf den qcm strömt durch die Leitung 3 in die Ringkammer q.
und entspannt sich durch die Ringöffnung 5, wobei ein kegelförmiger Strahl 6 aus
einem innigen Gemisch von Luft, zerstäubtem Öl und gegebenenfalls von Dampf hergestellt
wird. Der Rest des Gemisches von Luft und Wasserdampf, welcher den größeren Anteil
des Gemisches darstellt, wird unter einem Druck von einigen ioo g auf den qcm erhitzt
und dann durch die Leitung 7 in die Kammer 8 geführt und entspannt sich durch die
kegelförmige Düse 18, die konzentrisch zu dem Ringspalt 5 ist. Die Luft entweicht
dementsprechend als ein kegelförmiger Schleier 9, und die durch die Entspannung
verursachte lebendige Kraft läßt den Kegel des zerstäubten Öls 6 eindringen und
sich innig vermischen, wobei eine außerordentlich vollständige gegenseitige Durchdringung
unter Wirbelung hervorgerufen wird.
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Die aus den Mündungen 5 und 18 austretenden Flüssigkeiten entspannen
sich auf Grundlage ihrer sehr ungleichmäßigen Drücke und nehmen deshalb ziemlich
verschiedene Anfangsgeschwindigkeiten an. Daraus könnte ein Mangel in der Homogenität
des zerstäubten Gemisches entstehen. Dieser übelstand wird vermieden, wenn man nach
Abb. 6 die Mündung 18 nicht in dieselbe Ebene wie die Mündung 5 setzt. Der Zerstäuber
mit hohem Druck wird in eine geeignete Höhenlage gebracht, welche oberhalb der Mündung
1ß einstellbar ist. Diese besitzt einen beträchtlichen Durchmesser und greift den
Kegel der zerstäubten Flüssigkeit 6 in einer Gegend in der Nachbarschaft seines
Ursprungs an, wo er selbst schon einen erheblichen Durchmesser hat. Der große Durchmesser
des Spalts 18 hat die Wirkung, die axiale Geschwindigkeit des zerstäubten Strahls
zu vermindern.
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In der Wandung 26 sind kleine Öffnungen 27 angebracht, durch welche
eine kleine Menge der Zerstäubungsflüssigkeit entweicht, mit der Wirkung, die Bildung
von verschmutzenden Niederschlägen in dem Hohlraum 28 zu vermeiden.
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Wenn man einen Ofen mit einem Tiegel nach der Art der Abb. i verwendet,
ist es zweckmäßig, daß das Öl mit einer gewissen Gewalt gegen die Innenwand des
Tiegels i9 geschleudert wird. Trotzdem muß aber ein allzu starker Aufprall des Öls
vermieden werden, welcher eine Trennurig des Öls und der Luft zur Folge haben könnte,
wenn das erstere auf die Tiegelwandung auftrifft. Hierdurch würde die Homogenität
des Gemisches für die teilweise Verbrennung zerstört werden. Die Verwendung des
Ringspaltes i8 gestattet eine gute Zerstäubung des Öls selbst dann zu erhalten,
wenn dieses Öl vorher nicht mittels einer Flüssigkeit von höherem Druck aus dem
Spalt 5 zerstäubt worden ist. Man kann deshalb aus den Spalten 5 und i8. Flüssigkeiten
unter demselben Druck ausströmen lassen oder auch die Ausströmung durch den Spalt
5 ganz unterdrücken. Dieser kann dann selbst auch wegbleiben, und das aus der zentralen
Leitung i ausströmende Öl wird dann einfach durch die Entspannung der Gesamtheit
des Gemisches von Luft und Dampf bei dem Durchgang vor dem Spalt 18 zerstäubt.
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Bei Zerstäubern für Verbrennungsmotoren ist zwar bereits schon vorgeschlagen
worden, den Brennstoff und die Zerstäubungsluft tangential in den ringförmigen Raum
zwischen einem beweglichen Nadelventil und seinem Sitz einzuleiten und einen wesentlichen
Teil der Luft in einen Hohlraum des Ventils abzuzweigen, damit diese Luft als Zerstäubungsmittel
durch eine zentrale Bohrung des Ventils geblasen werden kann. Diese Zerstäubungsweise,
die einmal für andere Vorrichtungen, als sie nach der Erfindung benutzt werden,
bestimmt ist, ist aber auch weitgehend von der Zerstäubungsweise verschieden, wie
sie weiter oben beschrieben worden ist. Anstatt daß nämlich das Öl zunächst durch
das Zerstäubungsmittel unter hohem Druck zerstäubt wird, ehe es mit diesem vermischt
wird, und dann eine zweite Zerstäubung durch das Medium unter niedrigem Druck durchgeführt
wird, wird dort eine Mischung aus dem Öl und dem Zerstäubungsmittel hergestellt,
indem man sie sich entspannen läßt, und man spritzt dann in das Zentrum des erhaltenen
Sprühkegels einen Strahl aus dem Zerstäubungsmittel, der aber infolge von Spannungsverlusten
in dem Ventil mit verringertem Druck austritt.
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Bei dieser Vorrichtung bildet sich vor dem Austritt des gebildeten
Nebels aus Luft und Brennstoff ein Gemisch aus diesen beiden Medien, und außerdem
kann ein Teil des Öls in das Ventil hochsteigen. Wenn das Zerstäubungsmittel
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nicht genügend vorgewärmt wird, kann auch keine gute Vergasung durch teilweise Verbrennung
erzielt werden, wie es aus früheren Arbeiten des Erfinders Hervorgeht (Patent 5iq.q.87).
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Wenn die Luft aber vorgewärmt würde, so treten wegen der gegenseitigen
Einwirkung des Brennstoffes und der Luft im Zerstäuber in diesem unbedingt Kohlenstoffniederschläge
auf, so daß diese Vorrichtung sehr schnell unbrauchbar werden würde.
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Es ist auch ein Verfahren zur Zerstäubung bekannt, das darin besteht,
daß die Zerstäubung des zu zerstäubenden Mediums mechanisch durchgeführt und dann
eine Zerstäubung des erhaltenen Strahles mittels konvergierender Ströme eines Zerstäubungsmittels
angeschlossen wird. Diese Kombination ergibt aber keine genügend feine und homogene
Zerstäubung.