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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Ölgas Die Erfindung bezieht
sich auf ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Olgaserzeugung und bezweckt
in erster Linie die Herstellung eines hochwertigen Ölgases (B.T.U.) durch die Reaktion
von Wasserdampf mit 01.
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Es ist bereits bekannt, Olgas dadurch zu erzeugen, daß Öl und Wasserdampf
in feiner Zerstäubung in eine von außen erhitzte Kammer eingeführt wird. Bei diesen
bekannten Einrichtungen tritt jedoch gleichzeitig mit dem 01
und dem Wasserdampf
auch heiße Luft in die Kammer ein, und es wird infolge der Mischung von Dampf, Luft
und Verbrennungsprodukten der Ölstrahl nicht daran gehindert, die Wandungen der
Kammer zu berühren. Hierdurch lagert sich so viel Kohlenstoff auf den Kammerwandungen
ab, daß dieselben bald verkohlen und daher der Prozeß nicht lange'durchgeführt werden
kann. Auch sind Vorrichtungen bekannt, bei denen nur Öl und Wasserdampf strahlenförmig
in einen kugelförmigen, von außen auf etwa iooo ° erhitzten Behälter eingeführt
werden. Hierbei treffen aber der Dampf und das 01 sofort auf die erhitzten
Flächen auf, so daß ebenfalls eine Verkohlung derselben stattfindet, weil der aus
dem Öl herrührende Kohlenstoff sich schnell auf den Flächen niederschlägt.
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Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile vermieden,
und es wird ein Olgas von sehr hohem Heizwert erzeugt. Dies wird dadurch erreicht,
daß ein ununterbrochener Dampfstrom in Form eines Kranzes von Strahlen in eine Mehrzahl
von Reaktionsräumen eingeführt wird und daß die Reaktionsräume stoßweise in abgestimmter
Folge mit zerstäubtem 0l innerhalb des Dampfkranzes beschickt werden. Die Reaktionsräume
bestehen zweckmäßig aus einem Werkstoff mit katalytischen Eigenschaften, wie z.
B. Nickel. Der Wasserdampf erreicht eine Temperatur von annähernd 98o ° C, und in
Gegenwart des Katalysators reagiert ein großer Teil des Dampfes mit dem zerstäubten
0l unter Bildung von Olgas.
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Das in jedem Reaktionsraum einzuführende Kohlenwasserstofföl wird
erfindungsgemäß in einer mit Unterbrechungen arbeitenden Zerstäubungsvorrichtung,
die durch Flüssigkeitsdruck betätigt werden kann, einer Pressung unterworfen, mittels
deren das 01 während der Einführung in den Reaktionsraum in einem periodischen
Strähl feinst zerstäubt wird. Jeder feinst zerstäubte Ölstrahl wird mit Unterbrechungen
in die Mittelachse jedes einzelnen Reaktionsraumes eingeführt, und zwar in der Mitte
der kreisförmig angeordneten Dampfstrahlen. Hierdurch wird eine dauernde Abkühlung
der Reaktionsräume verhindert, und es wird ermöglicht, in ihnen die gewünschte hohe
Temperatur aufrechtzuerhalten.
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Die den periodischen Ölstrahl umgebenden ununterbrochenen Dampfstrahlen
wirken als Führung oder Umhüllung für das zerstäubte 01,
so daß eine Berührung
desselben mit der Wand des Reaktionsraumes verhindert wird, bis der Dampf die für
die Reaktion erforderliche hohe Temperatur erreicht hat. Der Abscheidung von
Kohlenstoff
an den Wänden wird dadurch vorgebeugt. Die Dampfstrahlen strömen in einem sich nach
unten verengenden Kegelmantel, sind also gegen den Ölstrahl gerichtet, und es erfolgt
eine sehr innige Mischung.
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Das periodisch zugeführte feinst zerstäubte Öl wird in den Reaktionsräumen
einer intensiven Beheizung von außen unterworfen, dem Heizmittel aber nicht unmittelbar
ausgesetzt. Die Beheizung reicht aus, um das Öl in leichtere Kohlenwasserstoffe
umzuwandeln. Die so gekrackten Kohlenwasserstoffe reagieren dann mit dem Dampf unter
Bildung eines hochwertigen Olgases. Mehrere Reaktionsräume arbeiten gruppenweise
derart nacheinander, daß ein ununterbrochener Strom hochwertigen Ölgases aus dem
Gaserzeuger gewonnen wird.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform
erläutert werden.
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In der Zeichnung sind Fig. = ein senkrechter Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines Gaserzeugers nach der Erfindung in Verbindung mit einem Skrubber und einer
Vorlage, Fig.2 ein senkrechter Schnitt durch einen der Reaktionsräume.
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Fig. 3 ein senkrechter Schnitt durch das obere Ende der Reaktionsräume
mit der Zerstäubungsvorrichtung, Fig. 4 und 5 eine Unter- und Oberansicht des Düsenkörpers.
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In einem zweckmäßig zylindrischen Metallgehäuse i befindet sich innen
eine feuerfeste Auskleidung 2 aus Klinkern oder Schamottesteinen. Der untere Teil
3 des Innenraumes bildet die Verbrennungskammer, in welche etwa von der Seite her
durch nicht - dargestellte Brenner der Brennstoff eingeführt werden kann. Die Reaktionsräume
g können in irgendeiner Weise beheizt werden. Das obere Ende des Ofens i, 2 ist
durch eine Platte 4 abgedeckt, in deren Mitte sich der Abzug oder Schornstein 5
für die Verbrennungsprodukte befindet, in dem eine Drosselklappe 6 angebracht ist.
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Auf der Unterseite der Platte 4 ist etwa mittels Nieten 8 eine Ringschale
7 aus hoch hitzebeständigem Werkstoff befestigt, der ein Metall, wie z. B. Nickel,
enthält, welches als Katalysator wirken kann. Durch die Mittelöffnung der Ringschale
7 hindurch treten die Verbrennungsgase in den Schornstein 5 ein. Eine Reihe von
Reaktionsräumen g, die im Kreise angeordnet sind und gleichfalls aus einer hoch
hitzebeständigen Legierung mit einem katalytisch wirkenden Metall, wie z. B. Nickel,
bestehen, hängt von der Ringschale 7 herab. Die unteren Enden der Reaktionsgefäße
sind geschlossen, während die oberen im Boden der Ringschale 7 befestigt sind. Eine
kreisrunde Prallplatte io hängt an Stangen ii von der Platte 4 herab, und zwar unterhalb
des Schornsteins 5 und innerhalb des Kranzes der Reaktionsräume g.
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Rohre 12, die einen sehr hohen Gehalt an Nickel oder einem anderen
Katalysator besitzen, hängen in die Reaktionsräume g hinein. Die Rohre 12 gehen
oben durch die Platte 4 hindurch und reichen unten mit ihren offenen Enden bis nähe
zum Boden der Reaktionsgefäße g. Die oberen Enden der Rohre 12 können mittels Gewinde
in die Platte 4 eingeschraubt und durch Gegenmuttern 13 gesichert sein. Auf das
oberste Ende der Rohre 12 ist je eine der später zu beschreibenden Zerstäubungsvorrichtungen
14 aufgestzt. Ein Wasserzuführungsrohr 15 mit einem Ventil 16, einer Regulierdrosselschraube
16' und einem Schauglas 16" führt zu einer Heizschlange 17 im Inneren des Schornsteins
5. Von der Rohrschlange 17 führt eine Leitung 18 zu einer Ringleitung ig oberhalb
der Platte 4. Zweigleitungen 2o gehen von der Ringleitung i9 zu jeder Zerstäubungsvorrichtung
14.
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Ein Ölbehälter 21 enthält eine Mehrzahl einfach wirkender und mit
Unterbrechungen betätigter Ölabmeßpumpen 48 von irgendeiner geeigneten Bauform,
deren Gang genau abgestimmt wird. Rohre 22 führen von diesen Pumpen zu je einer
der Zerstäubungsvorrichtungen. Unter dem Abstimmen der Pumpen, die mit den anderen
Vorrichtungen zusammenwirken, ist die Einstellung der Reihenfolge zu verstehen,
in welcher die Stöße oder Druckhübe der einzelnen Pumpen zueinander stehen sollen,
also z. B. in geschlossener Aufeinanderfolge, mit Überlappung oder mit Pausen. Nach
Maßgabe dieser Abstimmung werden die Reaktionsräume und die Zerstäubungsvorrichtungen
durch die Pumpen in der gewünschten Weise mit Öl versorgt. Hinter der einen Pumpe
48, die in Fig. i gezeichnet ist, können die übrigen Pumpen in einer Reihe stehen.
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Eine Ölgasabführungsleitung 23 verbindet den Gaserzeuger bzw. seine
Ringschale 7 mit einem Skrubber 24 irgendeiner geeigneten Bauform. Der Skrubbermantel
ist in Fig. i teilweise weggebrochen, so daß ein Wasserstand (W.L.) sichtbar ist.
An das Rohr 23 ist oben eine Zweigleitung 25 mit Absperrventil angeschlossen, und
ein Fußrohr 26 führt in einen Wasserverschluß 27 von genügender Tiefe. Ein Abzugsrohr
28 für das gewaschene Gas verbindet den Skrubber 24 mit einer Vorlage 29, von der
ein Rohr 30 mit Probierhahn 30' zu den nicht dargestellten Hauptleitungen oder einem
Verbrauchsbehälter führt.
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Jede Zerstäubungsvorrichtung 14 (s. Fig. 2 bis 5) besitzt einen Innenkörper
31 mit Bund 32, der sich auf das obere Ende des Einhängerohres 12 stützt und hier
mittels einer Überwurfmutter 33 festgehalten wird. Auf den Innenkörper
31
ist ein Gehäuse 42 geschraubt, in dessen unteren Seitenstutzen
bei 34 das Dampfzuführungsrohr 2o mündet. Ein Kanal 35 leitet den Dampf in einen
Ringraum 36 am unteren Ende des Innenkörpers 31, an den sich ein Düsenkörper 37
anschließt. Letzterer besitzt einen Kranz von Bohrungen 38, die vom Ringraum 36
ausgehen. Diese Bohrungen können parallel, geneigt oder gekrümmt sein, werden jedoch
zweckmäßig gemäß Fig. 3 geneigt angeordnet.
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Gemäß Fig. 4 und 5 befindet sich im- Mittelpunkt des Dampfdüsenkranzes
38 eine Düsenmündung 49, der das Öl durch eine zentrale Bohrung 39 in. dem Innenkörper
31 und dem Gehäuse 42 zugeführt wird, und zwar durch ein Ventil 40. Letzteres bildet
das untere Ende einer Zerstäuberspindel 41- In den oberen Seitenstutzen 43 des Gehäuses
42 mündet die Ölzuführungsleitung 22. Eine Membran 44 umschließt das obere
Ende der Spindel 41 und ist auf dieser durch eine Mutter 44' und eine Gegenmutter
4q."- festgeklemmt. Der Außenrand der Membran 44 ist auf eine Rast des Gehäuses
42 geklemmt, und zwar mittels einer Schraubkappe 45, die in das Innengewinde 46
am oberen Gehäuseende eingreift. In der Kappe 45 sitzt eine Feder 47, welche auf
die Mutter 44' drückt und das Zerstäubungsventil4o geschlossen zu halten sucht.
Das bei 22, 43 unter Überdruck eintretende C51 gelangt unter die Membran 44 und
biegt dieselbe unter Anheben der Spindel 41 synchron mit den Druckhüben der zugehörigen
Ölpumpe 48 durch.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Reaktionsräume
9 des Gaserzeugers 1 werden durch Einführung oder Erzeugung eines Heizmittels in
dem Unterraum 3 erhitzt. Die Heizgase bestreichen die Reaktionsgefäße 9 und strömen
um die Prallplatte 1o herum in den Schornstein 5. In einer durch die Drosselvorrichtung
16' geregelten Menge fließt Wasser in die Heiz- oder Verdampfschlange 17, und der
erzeugte Wasserdampf gelangt in die Ringleitung 19, von wo er in die Zerstäubungsvorrichtung
eintritt und in Form feiner ununterbrochener Strahlen aus den Düsenmündungen 38
in das Einhängerohr 12 jedes Gefäßes 9 ausströmt.
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Die Ölpumpen 48 *im Behälter 21 drücken durch die Rohre 22
mit Unterbrechungen Öl in die Zerstäubungsvorrichtungen 14. Das Öl hebt die Membrane
44 bei jedem Druckhube der betreffenden Ölpumpe leicht an und hebt dadurch die zugehörige
Spindel 41 bzw. das Ventil 40. Infolgedessen tritt das 01 durch die Düse
49 in der Mitte der Reaktionsräume in der gewünschten Menge und in feinster Verteilung
aus. Der Ölstrahl trifft auf die ihn umgebenden Dampfstrahlen, die in der vorhergehenden
Ülzuführungspause hoch überhitzt worden sind. Die Dampfstrahlen und der Ölstrahl
treffen sich, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, und der überhitzte Dampf bewirkt eine
weitere Vernebelung der Ölteilchen, wobei gleichzeitig eine außerordentlich innige
Vermischung stattfindet. Das Gemisch strömt dann in den Rohren 12 abwärts.
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Der Wasserdampf wird in Gegenwart des Katalysators (z. B. Nickel)
erhitzt und kommt in Gemisch mit den Öldämpfen mit den hoch erhitzten Wänden . der
Reaktionsräume 9 an deren unterem Ende, wo die Temperatur ungefähr 98o' C beträgt,
in Berührung. So wird ein hochwertiges Olgas gebildet, welches aus den Unterenden
der Einhängerohre 12 in den Ringraum zwischen diesen und den Reaktionsgefäßen 9
übertritt und von dort in einem ununterbrochenen Strome durch die Ringschale 7 und
das Rohr 23 in den Skrubber 24 übertritt.
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Bei dem neuen Verfahren, nach welchem der Wasserdampf ununterbrochen
und das Öl stoß-oder satzweise zugeführt werden, empfiehlt es sich, einen Überschuß
von Wasserdampf anzuwenden, denn Versuche haben gezeigt, daß die Dampfmenge nur
einen sehr geringen Einfluß auf die Güte des Erzeugnisses hat. Offen= bar reagieren
die Kohlenwasserstoffe mit einer bestimmten Menge des Dampfes, und der Überschußdampf
gelangt in den Skrubber, wo er niedergeschlagen wird. Insbesondere ist es erwünscht,
mit einem Dampfüberschuß zu arbeiten, um den in die Mitte der Reaktionsräume fließenden
Ölstrahl einzuhüllen, damit das 01
nicht unmittelbar mit den Wänden der Reaktionsräume
in Berührung kommt und die Rußabscheidung an diesen Wänden vermieden wird. Zugleich
verhindert der Dampfüberschuß eine Zersetzung von Ruß innerhalb der Reaktionsräume.
Das nachstehende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne dieselbe einzuschränken.
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Ein Öl, z. B. Petroleum, wird absatzweise und feinst zerstäubt zusammen
mit ununterbrochen eingeführten, das 01 einhüllenden Dampfstrahlen in die
Rohre i? eingeführt. Der Ofen wird so beheizt, daß die Temperatur des Reaktionsheizraumes
ungefähr 875 bis 1040' C beträgt.