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Elektrisch beheizte Vorrichtung zum Behandeln von Gasen Die Erfindung
betrifft eine elektrisch beheizte Vorrichtung zum Behandeln von Gasen, bestehend
aus einem senkrechten, mit kohlenstoffhaltigem oder anderem Widerstandsgut beschickten
Schacht, durch den die Gase geleitet werden und in dem oben und unten Elektroden
für die- Zuführung der elektrischen Energie angeordnet sind. Je nach Art der Widerstandsmasse
und nach Art der zu behandelnden Gase findet während des Erhitzens entweder eine
Reaktion statt oder lediglich eine Wärmeübertragung von der Widerstandsmasse auf
die Gase.
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Ziel der Erfindung ist es, die unvollständige Reaktion in Gasgeneratoren
zu vermeiden, die dadurch zustande kommt, daß sich infolge der steigenden Leitfähigkeit
der Stromadern mit steigender Temperatur die Reaktionsfähigkeit in den Stromadern
erhöht, die Stückgröße abnimmt und die Gasdurchdringlichkeit vermindert wird, so
daß die aufsteigenden Gase vorzugsweise die kälteren Teile der Widerstandssäulen
suchen; in denen die Widerstandsmasse noch grob und durchdringlich ist. Es bildet
sich so eine scharfe Temperaturdifferenz zwischen den eigentlichen Stromadern und
den umgebenden kälteren Teilen der Widerstandssäule aus.
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Wenn mehrere Stromadern parallel ohne mechanische Umschaltung arbeiten,
so läßt es sich nicht vermeiden, d.aß diese oder jene nur teilweise ausgeschaltet
wird. Es fließt dann noch so viel Strom durch die Adern, daß eine Abkühlung des
leitenden Gutes nicht möglich sein und eine Auflockerung der gesinterten ;Masse
nicht eintreten wird. Damit der Zweck der Erfindung erreicht wird, muß
die
ausgeschaltete Stromader Gelegenheit zum Abkühlen haben. Dies wird nur durch mechanische
Umschaltung erreicht.
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Bei den bekannten Gasgeneratoren, die in bestimmten Abständen von
beiden Seiten Elektrodenrehen haben, welche sich über dieganze Höhe des Generators
erstrecken, ist eine Umschaltung von außen nicht vorgesehen. Die Bauart des bekannten
Ofens ist verhältnismäßig umständlich.
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Durch die Erfindung werden die genannten Mängel in der Weise beseitigt,
daß die obere Elektrode ständig arbeitet, während die unteren Elektroden so angeordnet
und ausgestattet sind, daß der Strom von außen abwechselnd ein- und ausgeschaltet
und so zwischen der oberen Elektrode und wechselweise der einen oder der anderen
unteren Elektroden fließen kann. Zweckmäßig sind die zur Reaktion bestimmten Gase,
Dämpfe oder Flüssigkeiten um -die unteren Elektroden an mehreren Stellen verteilt
mit regelbarer Verteilung un-d in verschiedenen Höhen in der Elektrodenzone einfuhrbar.
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Die Vorrichtung ist so gebaut, daß sie während des Betriebes mit der
in Betracht kommenden Widerstandsmasse (Koks, Anthrazit, Holzkohle usw.) beschickt
werden kann, und zwar so, daß man ohne Unterbrechung des Betriebes gegebenenfalls
auch die nicht reagierenden Teile der Widerstandsmasse in kaltem Zustande herausnehmen
kann.
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Die Vorrichtung ist wie ein enger, mit einer schwachen Erweiterung
nach unten versehener, senkrechter Schacht geformt, in welchem die Widerstandsmasse
sich nach unten bewegt, während sich das reagierende Gas (Wasserdampf, Kohlensäure
usw.) im Gegenstrom nach oben bewegt, und zwar beide Medien kontinuierlich.
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Die elektrische Energie wird durch regelbare Elektroden zugeführt,
die vorzugsweise aus kohlenstoffhaltiger Masse bestehen. Die obere Elektrode ist
senkrecht von oben eingeführt, die übrigen Elektroden durch die Seitenwand. Sie
sind entweder waagerecht oder vorzugsweise schräg angeordnet, um möglichst wenig
das freie Herabsinken der Widerstandsmasse zu hindern.
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Durch die Erfindung wird auch die Gefahr des Hängens im Ofen herabgesetzt.
Die Asche in der Widerstandsmasse wird jetzt nicht mehr so leicht überhitzt, so
daß sie sich ihrem Schmelzpunkt nähern oder sogar wirklich schmelzen könnte. Es
hat sich gezeigt, daß beim Arbeiten nach der Erfindung die zusammengesinterte Masse,
die eine Boden elektrode umgibt, schnell frei gemacht wird, sobald die Strombahn
in einen anderen Teil der Widerstandssäule verlegt wird, so daß die die Elektrode
umgebende zusammengesinterte Masse sich abkühlen kann. Wahrscheinlich beruht die
günstige Wirkung dieser Arbeitsweise darauf, daß die Schlacke während der voraufgehenden
teilweisen Ab-"kühlung spröde wird, so daß sie den Druck der oberhalb liegenden
Masse nachzieht. Dieser Druck ist zum Teil sehr groß, da es sich um Apparate handelt,
deren Schachthöhe io bis o in oder mehr erreichen kann. Besonders rasch vollzieht
sich das Auflockern der zusammengesinterten Masse, wenn das Erhitzen in einer Wasserdainpfatmosphäre
stattfindet.
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In der Regel wird im Betriebe ein solches Verfahren mittels Umschalter
ausgeführt, die den Strom periodisch nach einer oder mehreren entgegengesetzt gestellten
Elektroden überführen, teils in der Absicht, neue Strombahnen in der Widerstandssäule
zu bilden, teils um eine Abkühlung um die ausgeschaltete Elektrode zu erreichen.
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Die günstige Wirkung der Erfindung ist im Betriebe leicht sowohl aus
der Konsistenz der Asche, aus dem Verbrauch an, Elektroden und Futtermasse, als
auch aus dem Effekt des Umsatzes selbst festzustellen. Bei Darstellung von Wassergas
kann es leicht vorkommen, daß 15 bis ,3o °/o des Wasserdampfes unumgesetzt
durch den Ofen gehen, wenn die Strombahn nicht genügend wechselt, während man nur
3 bis 5 °% desWasserdainpfes im produzierten Gas findet, wenn die Strombahn gemäß
der Erfindung wechselt. Es ist einleuchtend, daß dieses Verhalten für die Wirtschaftlichkeit
des Betriebes von entscheidender Bedeutung ist.
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Es ist natürlich nicht erforderlich, daß der Strom in der unter Abkühlung
befindlichen Elektrode bis auf Null heruntergeht. Er muß jedoch so bedeutend geschwächt
werden, daß eine Abkühlung eintreten kann.
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Es ist im allgemeinen zweckmäßig, besonders wenn man eine stark aschenhaltige
Masse anwendet, die Stromstärke, die durch eitle Elektrode eingeführt wird, auf
zum Beispiel 15 ooo A zu beschränken. Die gesamte Anzahl von Bodenelektroden
im Ofen mag deshalb so berechnet werden, daß der elektrische Strom, der auf jede
einzelne Elektrode fällt, das erlaubte Höchstmaß nicht überschreitet, was ini Betriebe
für jede einzelne Masse festgestellt «-erden muß. Ferner ist es ratsam, wie oben,
erwähnt, wenigstens eine Ersatzelektrode vorzusehen, die zu jeder Zeit außer Betrieb
sein kann.
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Ein wesentliches :Merkmal der Vorrichtung nach der Erfindung bestellt
somit darin, daß die Anzahl der schräg gestellten Elektroden für jede Phase mindestens
-2 ist, von welchen eine oder mehrere zu jeder Zeit
Strom führen,
während gleichzeitig eine oder mehrere stromlos sind. In geeigneten Zwischenräumen
läßt man eine oder mehrere stromlose' Elektroden, die Stromzufuhr übernehmen. Dadurch
erreicht man, daß die Strombahn in der Widerstandssäule geändert wird, während gleichzeitig
die zuletzt benutzte Elektrode oder Elektroden und ihre Umgebungen abgekühlt werden,
so daß die Schlacke frei gemacht wird, indem sie spröde wird und auf den Boden des
Generators geführt wird, wo sie durch einen dort angebrachten Rost hindurchfällt
und periodisch oder kontinuierlich herausgenommen wird, ohne den Betrieb des Apparates
zu stören.
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Ein. anderes wesentliches Merkmal des Apparates besteht darin; daß
das reagierende Gas durch mehrere Einleitungsöffnungen, die in verschiedenen
Höhen und Abständen regulierbar angebracht sind, in den Apparat um die Bodenelektroden
eingeführt wird, so daß sowohl dieser als auch die Widerstandsmasse und die Seitenwände
abgekühlt -werden. Hierdurch erreicht man, daß der Elektrodenverbrauch an dieser
Stelle äußerst klein wird und ferner, daß die nicht reagierenden festen Bestandteile
in abgekühltem Zustande herausgenommen -werden können. Gleichzeitig wird der "Sinterung
entgegengewirkt.
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Der Schacht erhält eine solche Höhe im Verhältnis zum Querschnitt,
zu den eingeführten Gasmengen und zu der Energiemenge, daß die Reaktion möglichst
vollständig werden kann und der Verbrauch der oberen Elektrode gleich Null wird.
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Auf der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsformen eines elektrischen
Wassergasgenerators nach der Erfindung veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen axialen Schnitt durch einen Generator mit einem
oberen und' zwei unteren Elektroden für die Stromzufuhr.
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Fig. 2 zeigt diesen Generator von oben gesehen.
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Fig. 3 zeigt die Anordnung einer derounteren Elektroden.
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Fig. 4. zeigt einen axialen Schnitt durch eine geänderte Ausführungsform
des Generators.
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In den gezeigten Beispielen bezeichnet i den Schacht, in dem sich
die kohlenstoffhaltige Masse befindet. Der Schacht ist bis über die Erhitzungszone
verlängert, und die Beschickung findet ganz oben im Apparat durch den Einfülltrichter
2 statt. Das Gas, in diesem Falle Wasserdampf (Wasser kann auch verwendet werden),
-wird bei 3 oder 4 (an dem in Fig. i gezeigten, Generator gegebenenfalls auch nur
unter dem Rost) eingeführt, und das Wassergas -wird bei 5 (-warm) abgeleitet. In
der in Fig. 4. gezeigten Ausführung ist in einem Aufbau i i ein Gasabzug 6 angeordnet.
Wenn das Gas an dieser Stelle abgeleitet wird, wird es eine bedeutend niedrigere
Temperatur haben, da es an das Kohlengut Wärn;e abgegeben und dies so vorgewärmt
hat.
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Die Stromzufuhr findet periodenweise durch eine der Elektroden 7 statt,
falls Einphasenstrom verwendet wird (Fis. i). Die Belastungsregulierung kann dann
durch Heben und Senken der oberen Elektrode stattfinden; sie kann aber auch durch
Änderung der Spannung ausgeführt werden. Falls Dreiphasenstrom verwendet wird, werden
eine oder mehrere Elektroden 8 (V-Schaltung) vorzugsweise in der Mitte des Schachtes
oder in einem anderen geeigneten Abstand von den oberen. und unteren Elektroden
angebracht und die Belastung mittels der Spannung geregelt.
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Das Herausnehmen von Asche und eventuell nicht angegriffenem Kohlengut
geschieht unter einem Rost 9 durch eine Öffnung io oder durch eine Transportschnecke
o. dgl. Der Rost kann selbstverständlich eine periodische oder kontinuierliche Bewegung
irgendeiner Art erhalten, um das Herausnehmen zu erleichtern.
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Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen des Apparates werden
als Wassergasgeneratoren verwendet, da das zugeführte Gas Wasserdampf und die Beschickung
ein Kohlengut ist.
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Die gleiche Anordnung kann selbstverständlich benutzt werden, -wenn
die Vorrichtung in anderer Weise und zur Behandlung anderer Gase und Dämpfe als
Wasserdampf verwendet -werden soll. Man kann sie zum Beispiel zum Erhitzen von Wasserstoffgas
oder zur Reduktion von Kohlensäure verwenden oder zur Ausführung einer beliebigen
anderen Reaktion zwischen gasförmigen Stoffen und Kohlenstoff, gegebenen, falls
in Anwesenheit von anderen festen oder geschmolzenen Stoffen, oder zur Reaktion
zwischen Gasen, -wobei die Widerstandsmasse nicht an der Reaktion teilzunehmen braucht.
Die Vorrichtung kann auch zur trockenen Destillation von Kohle oder anderem stückförmigem
Gut verwendet -werden; man läßt dann die zu verkokende Masse von den erhitzten Gasen
durchströmen, ehe die Masse in die Strombahn gelangt.