DE653857C

DE653857C - Method for operating internal combustion engines with a fuel mixture of generator gas and heavy oil

Info

Publication number: DE653857C
Application number: DEG86554D
Authority: DE
Original assignee: PAUL GRANICHSTAEDTEN DR
Current assignee: PAUL GRANICHSTAEDTEN DR
Priority date: 1932-10-05
Filing date: 1933-10-05
Publication date: 1937-12-04

Description

Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem Treibstoffge;nisch aus Generatorgas und Schweröl Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Breimkraftmaschinen mit einem Treibstoffgemisch, das aus Generatorgas, dessen Wasserstoffgehalt 15 Oilo übersteigt, und.einem Zusatz von Schweröl besteht.Method for operating internal combustion engines with a fuel mixture of generator gas and heavy oil The invention relates to a method for operating large-volume engines with a fuel mixture consisting of generator gas, the hydrogen content of which exceeds 1 5 Oilo, und.einem addition of heavy oil.

Es ist an sich schon bekannt, dem Generatorgas für Brennkiaftmaschinen flüssige Treibstoffe zuzusetzen, namentlich deshalb, um den durch die Umstellung des Motorsvon Benzin- auf Gasbetrieb bedingten Leistungsabfall zu verringern. Hierbei müssen beträchtliche Mengen flüssiger Treibstoffe verwandt werden, die nahezu die Hälfte der ohne Generatorgas erforderlichen Treibstoffmenge (bei Benzol beispielsweise 135 gTS-Std.) erreichen. In Brennkraftmaschinen, die mit einem solchen Treibgas arbeiten, wird nur eine schlechte Ausnutzung der Energie des Treibgases (Verbrennungswärme) erzielt.It is already known per se to add liquid fuels to the generator gas for internal combustion engines, in particular in order to reduce the drop in performance caused by switching the engine from gasoline to gas operation. Considerable amounts of liquid fuels have to be used here, which reach almost half the amount of fuel required without generator gas (for benzene, for example, 135 gDM-hours). In internal combustion engines that work with such a propellant gas, only poor utilization of the energy of the propellant gas (combustion heat) is achieved.

Es ist auch schon ein Wasserstoffgehalt für Treibgase in den Grenzen bis etwa 15 Ojo bekannt. Wird jedoch der Wasserstoffgelialt des Generatorgas#es z.B. durch Erhöhung der Dampfzufuhr im Generator willkürlich gesteigert, so kann kein brauchbares Treibgas erhalten werden. Die während des Verdichtungs- und Verbrennungsablaufs zwangsläufig auftretenden Klopf- iund Frühzündungserseheinungen machen in diesem Fall jede geordnete Betriebsweise unmöglich. Die Vorverle#ung der Zündung macht den Betrieb unwirtschaftlich, ohne die Störungen gänzlich auszuschalten.It is also already a hydrogen content f or propellant gases within the limits 1 to about 5 Ojo known. However, if the hydrogen content of the generator gas is increased arbitrarily, for example by increasing the steam supply in the generator, then no usable propellant gas can be obtained. The knocking and early ignition phenomena that inevitably occur during the compression and combustion process make any orderly mode of operation impossible in this case. Bringing the ignition forward makes operation uneconomical without completely eliminating the interference.

Es ist schließlich auch bekannt, daß sich beim Einspritzen von Wasser in den Brennraum der Maschinen geringe Mengen Wasserst-off bilden, die auf die Verbrennung günstig einwirken. Steigert man jedoch diese Wassereinspritzung, so wird die Verbrennung infolge des größeren Wärmeentzuges für die Verdampfung und überhitzung des Wassers unvollständig und der Betrieb der Maschine infolge des Leistungsabfalles sehr unwirtschaftlich.Finally, it is also known that when water is injected Small amounts of hydrogen form in the combustion chamber of the machines, which affect the combustion act favorably. However, if this water injection is increased, the combustion becomes as a result of the greater heat extraction for the evaporation and overheating of the water incomplete and the operation of the machine is very uneconomical due to the drop in performance.

Demgegenüber besteht das Neue der Erfindung darin, daß der Wasserstoffgehalt des Generatorgases über 15 ()ilo hinaus gesteigert und der Zusatz von Schweröl auf etwa So g/PS-Std. bemessen wird. Durch den geringen Zusatz von Schweröl, der z. B. in Dampfform oder mit Hilfe eines Vergasers erfolgen kann, zu dem stark wasserstoffhaltigen Generatorgas wird die Störungsmöglichkeit des hohen Wasserstoffgehalts im Treibgas ausgeschaltet. Der Grund hi-erfür liegt darin, daß durch eine chemische Reaktion während der Verdichtung und Verbrennung eine Anlagerung des Wasserstoffs an die ini Abbau begriffen#en hochniolekularen Kohlenwasserstoffe des Schw#eröls stattfindet, wodurch die durch zu große Mengen freien Wasserstoffs oder durch Rußablagerungbeim A * bbau der Kohlenwasserstoffe bedingten Stö-, rungen verrnieden. werden. Beim vorliegenden. Verfahren handelt es sich somit nicht mehr' um eine katalytische, sondern um eine chemische Erscheinung während des Verdichtungs- lund Verbrennungsablaufs in der Maschine. Für das Wesen der Erfindung ist dabei die Gleichzeitigkeit zweier Maßnahmen entscheidend, nämlich die Steigerung des Wasserstoffgehalts über und die Minderung des Schwerölzusatzes unter das bisher übliche Maß. Erst dann tritt infolge der vorerwähnten Wechselwirkung eine neue technische Wirkung ein, die sich in einer erhöhten Wärmeausnutzung in der Maschine auswirkt und damit eine überraschende Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Maschine gewährleistet.In contrast, the novelty of the invention is that the hydrogen content of the generator gas is increased to over 15 () ilo and the addition of heavy oil to about 50 g / hp-hour. is measured. Due to the small addition of heavy oil, the z. B. can be done in vapor form or with the help of a gasifier, the high hydrogen-containing generator gas, the possibility of interference of the high hydrogen content in the propellant is eliminated. The reason for this is that a chemical reaction during compression and combustion causes an addition of the hydrogen to the high molecular weight hydrocarbons of the heavy oil, which are in the process of being broken down, which causes excessive amounts of free hydrogen or soot deposits in the A * Avoid malfunctions caused by the build-up of hydrocarbons. will. With the present. Process is therefore no longer a catalytic, but a chemical phenomenon during the compression and combustion process in the machine. For the essence of the invention, the simultaneity of two measures is decisive, namely the increase in the hydrogen content above and the reduction in the addition of heavy oil below the level customary up to now. Only then does a new technical effect occur as a result of the aforementioned interaction, which results in increased heat utilization in the machine and thus ensures a surprising increase in the economic efficiency of the machine.

Die Vorteile, die die Verwendung eines Treibstoffgernisclies nach der Erfindung mit sich bring', sind zusammengefaßt die folgenden: i. Der große Wasserstoffgehalt des Treibgases ermöglicht eine vollständige Verbrennung des zugesetzten Schweröls bei jederzeit weichem Gang der Maschine, also ohne jede Neigung zum Klopfen oder zu Frühzündungei#.The benefits of using a fuel remover after of the invention are summarized as follows: i. The great hydrogen content of the propellant gas enables complete combustion of the added heavy oil with the machine running smoothly at all times, i.e. without any tendency to knock or too early ignition i #.

2. Die Steigerung der Wass#erdampfzufuhr in den Generatorermöglicht gleichzeitig eine Verringerung der Luftzufuhr in den Generator, wodurch der*Stick-stoffgehalt des Treibgases entsprechend verkleinert wird.2. This enables the water vapor supply to be increased in the generator at the same time a reduction in the air supply to the generator, reducing the * nitrogen content of the propellant gas is reduced accordingly.

3. Der geringe Zusatz von Schweröl zum Generatorgas in einem beliebigen Punkt zwi# schen Generator und Brennkraftmaschine ermöglicht eine Verringerung der vom Generat-or gelieferten Gasmenge, so daß die Rostbelastung gesenkt und die Reaktionsdauer im Generator verlängert werden kann, wodurch wiederum das Generatorgleichgewicht #mgunsten des CO- und H2-Gehalts verschoben wird. 3. The small addition of heavy oil to the generator gas at any point between the generator and the internal combustion engine enables the amount of gas supplied by the generator to be reduced so that the rust load can be reduced and the reaction time in the generator can be extended, which in turn favors the generator equilibrium the CO and H2 content is shifted.

4. Die geringere Gasmerige bedingt geringere Wärmeverluste zwischen Generator und Brennkraftmaschine, während der gesteigerte Wasserdampfzusatz zum Generator einen erhöhten Rückgewinn der Wärme aus den Motorabgasen ermöglicht.4. The lower Gasmerige causes lower heat losses between Generator and internal combustion engine, while the increased water vapor addition to the Generator enables an increased recovery of the heat from the engine exhaust gases.

Der erzielte wirtschaftliche Vorteil sei an Hand eines Zahlenbeispiels für eine Saug-Z> gasalflage mit etwa 40PS Spitzenleistungverauschaulicht. Bei Betrieb mit normalem Generatorgas stellt sich der Brennstoffverbrauch bei Vollast auf rund 5oo g Koks/PS-Std. Dies entspricht einem Wärmeverbrauch von rund 3,6oo kcal/PS-Std. (Heizwert des Kokses rund 72oo kcal/kg). Bei Betrieb mit einem Treibst-offgemisch gemäß der Erfindung stellt sich der Brennstoffverbriauch bei gleicher Maschinenleistung auf 125 g Koks ' TS-Std. + 5o g Treiböl/PS-Std. Dies entspriciit einem Wärmeverbrauch von goo kc-.t1/PS-Std. + 5oo kcal/PS-Std. oder insgesamt i.loo Iccal/PS-Std. (Heizwert des Treiböls Mind i o ooo kcal/kg). Durch Anwendung des fieuen Verfahrens läßt sich somit gegenüber dem bisherigen Betrieb eine Ersparnis von rund 22ookcal/PS-Std., das sind 6c>Oio, erzielen. Aber auch gegenüber dem gegenwärtig am wirtschaftlichsten arbeitenden Dieselbetrieb läßt sich - noch eine wesentliche Breilnstoffersparnis erzielen. Eine Dieselmaschine verbraucht bei gleicher Leistung rund igog Treiböl/PS-Std. DiesentsprichteinemWärmeverbrauch von rund.igoolceal/#S-Std. Die Brennstoffersparnis gegenüber dem Dieselbetrieb betrüge somit immer noch rund 5ookcal/PS-Std., das sind 2501'0 (auf den Brennstoffpreis umgerechnet sogar noch viel mehr).The economic advantage achieved is illustrated by means of a numerical example for a suction Z> gasalflage with about 40HP peak power. When operating with normal generator gas, the fuel consumption at full load is around 500 g coke / hp-hour. This corresponds to a heat consumption of around 3,6oo kcal / hp-hour. (The calorific value of the coke is around 72oo kcal / kg). When operating with a How active-offgemisch according to the invention provides the Brennstoffverbriauch with the same engine power to 125 g coke 'TS-Std. + 50 g fuel oil / hp-hour This corresponds to a heat consumption of goo kc-.t1 / PS-hours. + 5oo kcal / hp-hour or a total of i.loo Iccal / PS-hours (Calorific value of fuel oil at least 100,000 kcal / kg). By using the first method, a saving of around 22 oookcal / hp-hour can be achieved compared to the previous operation, that is 6c> Oio. But compared to the currently operating the most economical diesel operation can be - still a significant Breil fuel savings achieved. A diesel machine consumes around igog fuel oil / hp-hour with the same output. This corresponds to a heat consumption of around igoolceal / # S-Std. The fuel savings compared to diesel operation would still be around 5 oookcal / hp-hour, which is 2501'0 (even much more when converted to the fuel price).

Als Zusatz zum Generatorgas können sämtliche Schweröle, auch solche, die für den Betrieb von Vergasermaschinen nicht geeignet sind, verwendet werden. Es sind dies alle mittleren und schweren Mineralöle, z. B. Rohöl, Gas-, und Heizöl, Stein- und Braunkolilenteeröl, aber auch Asphalt, Pech und An.thracen enthaltende öle sowie alle Destillationsrückstände. Als feste Brennstoffe zur Erzeugung des Generatorgases im Generator kommen die verschiedensten Brennstoffe, z. B. Antliradt, Stein- und Braunkohle, deren Briketts und Koks, aber auch Holz, Torf, Maiskolberi sowie brennbare Abfallstoffe in Betracht. Mit Rücksicht auf den gegebenen Marktpreis dieser Brennstoffe kann jeweils das günstigste Verhältnis zwischen festem und flüssigem Brennstoff in den angegebenen Grenzen für die Herstellung des Treibgases angewendet würden, so daß neben der besten Wärmeausnutzung auch der wirtschaftlichste Brennstoffpreis gewährleistet ist.All heavy oils, including those that are not suitable for operating gasoline engines, can be used as an additive to the generator gas. These are all medium and heavy mineral oils, e.g. B. crude oil, gas, and heating oil, stone and lignite tar oil, but also oils containing asphalt, pitch and an.thracene and all distillation residues. A wide variety of fuels are used as solid fuels for generating the generator gas in the generator, e.g. B. Antliradt, hard coal and lignite, their briquettes and coke, but also wood, peat, corn cob and combustible waste materials into consideration. Taking into account the given market price of these fuels, the most favorable ratio between solid and liquid fuel within the specified limits can be used for the production of the propellant gas, so that in addition to the best heat utilization, the most economical fuel price is guaranteed.

Eine besonders günstige Wechsehvirk-ung zwischen dem Wasserstoff und den Kohlenwasserstoffen im Treibgas wird &zielt, -,venn der Wasserstoffgehalt des Generatorgases um so größer gewählt wird, je höher der mittlere Siede- bzw. Flammpunkt des zugeset7ten Schweröls liegt. Auf diese Weise kann der Bedarf an dem verhältnismäßig teueren flüssigen Brennstoff auf das Mindestmaß beschränkt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage ihr-en Höchstwert erreicht.Is Venn the hydrogen content of the generator gas selected the greater, the higher the average boiling or flash point of the heavy oil is zugeset7ten - A particularly favorable-ung Wechsehvirk between the hydrogen and the hydrocarbons in the propellant gas is & aims. In this way, the need for the relatively expensive liquid fuel can be kept to a minimum, whereby the economic efficiency of the plant reaches its maximum value.

Zur Erzeugung des wasserstoffreichen Generatorgases wurden bisher im Höchstausmaß i kg Wasserdampf je i kg festen Brennstoff verwandt. Gemäß der Erfindung ist es nun möglich, eine größere Wasserdampfmenge, als dem Gewicht des vergasten festen Brennstoff es entspricht, in den Generator einzuleiten. ' - Die an sich bekannten Katalysatoren der Wassergaserzeugung, wie beispielsweiseEisen-Z> oxyd, Kupferoxyd, Natriumcarbonat u.dgl., können gleichfalls zur Verwendung gelangen.To generate the hydrogen-rich generator gas, a maximum of 1 kg of water vapor per 1 kg of solid fuel have been used up to now. According to the invention, it is now possible to introduce a greater amount of water vapor than the weight of the gasified solid fuel into the generator. '-. The conventional catalysts, the water gas production, such as iron-Z> oxide, copper oxide, sodium carbonate, etc., can also get to use.

Claims

PATENT CLAIM: Process for operating internal combustion engines with a fuel mixture of generator gas federal heavy oil, characterized in that a generator gas with Z, more than 15% hydrogen is used, the hydrogen content being higher, the higher the mean boiling point of the to be added Heavy oil is, and that the heavy oil addition to about 5o g per horsepower hour. the internal combustion engine is measured.