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Gaserzeuger zur Herstellung nicht entkohlend wirkender Gase Es sind
Gaserzeuger zur Herstellung nicht entkohlend wirkender Schutzgase für Blankglühzwecke
bekannt, die mit einer von katalytischer Masse erfüllten elektrisch beheizten Reaktionskammer
versehen sind. Bei den bekannten elektrisch beheizten Gaserzeugern dieser Art sind
aber nicht die elektrischen Widerstandsheizkörper unmittelbar in die gasberührte
katalytische Masse eingebettet, sie können infolgedessen auch nur mit verhältnismäßig
niedrigen Reaktionstemperaturen betrieben werden und sind daher für den Zweck der
Erfindung nicht geeignet, bei dem es darauf ankommt, eine Schutzgaserzeugungseinrichtung
zu schaffen, die sich insbesondere zur Erzeugung von Schutzgasen eignet, welche
keine entkohlende Wirkung auf Werkzeugstähle ausüben und eine Wärmebehandlung solcher
Stoffe ohne jede Oberflächenverunreinigung gestatten. Dieser Zweck wird gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß bei einem Schutzgaserzeuger der eingangs erwähnten
Art mit einer Reaktionskammer, die in an sich bekannter Weise in einem von einem
Metallgehäuse umschlossenen, mit Gaszu- und -ableitungsrohren versehenen Behälter
aus hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff vorgesehen ist, zur Beheizung der
Reaktionskammer
ein unmittelbar in die gasberührte katalytische
Masse eingebetteter, beispielsweise spiralförmig gewundener elektrischer Widerstandsheizkörper
dient. Ein solcher Schutzgaserzeuger ist überdies besonders einfach im Aufbau und
wirtschaftlich im Betrieb.
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Der Gaserzeuger gemäß der Erfindung wird mit besonderem Vorteil zur
Erzeugung eines inerten oder reduzierenden Schätzgases aus einem Gasgemisch hergestellt,
das im Verhältnis zur Luftmenge «;enig brennbaren Kohlenwasserstoff enthält. Durch
die Einbettung der elektrischen Heizkörper unmittelbar in die in der Reaktionskammer
vorhandene gasberührte katalytische Masse wird eine besonders gute Wärmeübertragung
von den Heizkörpern auf den Katalysator und die zu behandelnden Gase erreicht. Dadurch,
daß beim Gegenstand der Erfindung zur Beheizung der Reaktionskammer ein unmittelbar
in die gasberührte katalytische Masse eingebetteter, beispielsweise spiralförmig
gewundener elektrischer Widerstandsheizkörper verwendet wird, ist es möglich. bei
hoher Reaktionstemperatur aus einem im Verhältnis zur Luftmenge an brennbarem Kohlenwasserstoff
armen Gasgemisch ein nicht entkohlend wirkendes Schutzgas herzustellen, das von
schädlichen Verunreinigungen frei und reich an Kohlenstoffmonoxy d und Wasserstoff
ist.
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Zweckmäßig wird der Gaserzeuger stehend ausgebildet, und es werden
an ihm die Gaseintritts- und -austrittsrohre ausschließlich an seinem oberen Teil
angeordnet.
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Mit dem Gaserzeuger gemäß der Erfindung lassen sich vorzugsweise solche
Schutzgase herstellen, die reich an Kohlenstoffmonoxyd und Wasserstoff sind und
zu ihrer Erzeugung einer verhältnismäßig hohen Temperatur (etwa 100o° C oder mehr)
bedürfen. Das vom Gaserzeuger abgeführte Gas kühlt sich auf seinem Wege zur Verwendungsstätte
erheblich ab. Um dabei eine schädliche Ablagerung von Ruß unter Bildung von Kohlendioxyd
zu verhindern, werden zweckmäßig die Gasableitungsrohre mit einer nichtkatalytischen,
hitzebeständigen, vorzugsweise nichtmetallischen Masse ausgekleidet. Dies hat zur
Folge, daß die kohlenstoffhaltigen Gase, insbesondere Kohlendioxvd, unverändert
durch die Ableitungsrohre hindurchströmen, so daß sich kein Ruß innerhalb der Röhre
ablädt.
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Um die Länge des mit einer nichtkatalytischen Masse ausgekleideten
Ableitungsrohre kurz zu halten, werden diese zweckmäßig mit einer Kühlvorrichtung
versehen, die zugleich zur Vorwärmung der einströinenden Gase dienen kann.
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Die Abkühlung der austretenden Gase wird zweckmäßig so weit getrieben,
daß die kohlenstoffhaltigen Bestandteile nicht mehr mit dem Paustof der Ableitungsrohre
reagieren oder sich bei Berührung mit diesem katalytisch verändern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i einen senkrechten Schnitt durch einen aufrecht
stehenden Gaserzeuger längs der Linie 1-I der Fig. 2, Fig. z eine teilweise im Schnitt
gehaltene Oberansicht längs der Linie II-11 der Fig. i. Der Gaserzeuger besteht
aus einem für Gas undurchlässigen metallischen Gehäuse 2 von Kastenform, das mit.
einer hitzebeständigen und wärmeisolierenden Masse -. ausgekleidet ist. Der Bodenteil
6 besteht aus einer gleichartigen Masse, desgleichen der Deckenteil 8.
Die
Teile 4, 6 und 8 umschließen die Reaktionskammer io, in welcher eine verteilte katalytische
Masse 56 und ein in diese eingebetteter elektrischer Heizkörper 58 angeordnet sind.
Der Behälter ist oben durch eine Metallplatte 14 abgeschlossen, in welcher sich
Öffnungen zum Durchtritt eines Thermoelementrohrs 2o und der Gasrohre 22 und 2:I
befinden, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl bestehen und nach unten hin offen
sind. Zur Befestigung des Thermoelementrohrs 2o dienen die aus der Zeichnung ersichtlichen,
mit Gewinde versehenen Rohrstücke 26 und 28. Um die Verbindungsstelle gasdicht zu
machen, ist zwischen das Rohrstück 26 und die Abschlußplatte 14 ein Dichtungsring
30 eingelegt.
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Die Gaszu- und -ableitungsrohre 22 und 2.4 sind ineinander angeordnet,
und zwar ste]lt das äußere Rohr 2.1 das Gaszuleitungsrohr und das innere Rohr 22
das Gasableitungsrohr dar. Das Gaszuleitungsrohr 2.4 endet im oberen Teil der Kammer
io. Das beispielsweise aus einem Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Luft bestehende
zu behandelnde Gas wird im Rohr 24 durch eine Gasleitung 36 zugeführt. Das Gasableitungsrohr
reicht bis fast zum Boden der Reaktionskammer, wo es mit einer Öffnung 38 endet.
Das durch das Rohr 24 hindurchgeführte Gasableitungsrohr 22 endet oben in einem
T-Stück .fo, das durch einen Stopfen 4.2 verschlossen ist und eine Öffnung .I4.
zum Anschluß der zur Verwendungsstelle führenden Gasleitung besitzt. Am oberen Teil
des Gaszuleitungsrohrs befindet sich ein metallischer Abschlußring .I6, der auf
dem Rand des Rohrs 24 und in einer Ausnehmung .I8 einer Muffe 5o ruht, die auf das
Ende des Rohrs 24 aufgeschraubt ist. In das obere Ende der Muffe 5o ist eine ringförmige
Mutter 52, die das Rohr 22 umschließt, eingeschraubt. Durch eine eingelegte Asbestdichtung
5.., die durch die Mutter 52
gegen den Ring 46 angedrückt wird,
wird ein gasdichter Abschluß gewährleistet.
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Um den die Reaktion zwischen dem Brenngas (beispielsweise Kohlenwasserstoff)
undder Verbrennungsluft befördernden Katalysator 56 auf die nötige Behandlungstemperatur
zu bringen, ist in den Katalysator ein spiralförmiger Heizkörper 58 eingebettet.
Die zugehörigen Stromzuführungsklemmen 6o und 62 sind oben und unten am Behälter
angeordnet und mittels Isolierscheiben 64 von dem Metallgehäuse 2 gasdicht isoliert.
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Beim Betrieb; des Gaserzeugers wird ein an Kohlenwasserstoff reiches
Gemenge von Kohlenwasserstoff und Luft bei 36 eingeführt. Es durchströmt den ringförmigen
Raum zwischen den Rohren 22 und 24. und gelangt in die Reaktionskammer io. Infolge
der Erhitzung des Katalysators 56 durch den Heizkörper 58 wird hier das Kohlenwasserstoffgas
verbrannt oder zersetzt und reagiert dabei mit der Verbrennungsluft. Es entsteht
auf diese Weise ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxyd
und allenfalls sehr geringen Mengen von Kohlendioxyd, Wasserdampf und Methan besteht.
Die Zusammensetzung kann jederzeit genau überwacht werden. Das Gasgemisch strömt
durch das Ableitungsrohr 22 und tritt bei q¢ aus, um seiner weiteren Verwendung
zugeführt zu werden. Als Katalysator kann beispielsweise aktivierte Tonerde verwendet
werden, die mit Nickelformiat imprägniert ist. In vielen Fällen genügen aber auch
Nickel-oder Eisenabfälle mit oder ohne Beimischung eines hitzebeständigen pulverförmigen
Füllstoffs. Der Heizkörper besteht zweckmäßig aus einer Chrom-Nickel-Eisen-Legierung,
beispielsweise 35 % Nickel, 2o °/o Chrom, Rest Eisen. Befriedigende Gasreaktionen
ergeben sich, wenn das Volumen des in dem Behälter befindlichen Katalysators 56
etwa dreimal so groß ist als die stündlich zu erzeugende Schutzgasmenge. Aus einem
Gemisch von Erdgas und Luft im Verhältnis von i :21/2 konnte mit der beschriebenen
Einrichtung ein Schutzgas erhalten werden, das- .¢o % Stickstoff, 39'/o Kohlenwasserstoff,
:2o % Kohlenstoffmonoxyd und daneben i % Methan sowie Kohlendioxyd und Wasserdampf
in Mengen von weniger als o,i % enthielt. Ein solches Gas ist vorzüglich zur Verhinderung
der Entkohlung der meisten Werkzeugstähle geeignet. Natürlich kann man das Verhältnis
der Gasgemischbestandteile durch Änderung der Zusammensetzung des zugeführten Gasgemisches
und der Reaktionstemperatur beeinflussen.
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Das Gaseintrittsrohr 24 und das Gasaustrittsrohr 22 wird man zweckmäßig
so lang bauen, daß genügende Wärmeaustauschflächen entstehen, um die ausströmenden
Gase von der innerhalb der Reaktionskammer io herrschenden Temperatur bis auf eine
Temperatur abzukühlen, bei der sie genügend inert sind, um keine Reaktion mit Eisen,
Nickel oder anderen metallischen katalytischen Stoffen hervorzurufen, die im Rohr
etwa enthalten sind. Die gesamte Länge des Rohrs und noch etwas darüber hinaus ist
mit einer feuerfesten Masse 66 verkleidet. Diese Masse ist nicht katalytisch, und
der Zweck besteht darin, zu verhindern, daß sich das im austretendenGasgemisch enthaltene
Kohlenstoffmonoxyd zersetzt und daß sich Kohlendioxyd und Ruß bilden, sobald das
Gas in Berührung mit Eisen, rostfreiem Stahl, Nickel oder anderen katalytisch wirkenden
metallischen Stoffen gelangt, beispielsweise bei Temperatur zwischen 400 und 500°
C. Am besten eignet sich für diesen Zweck ein aus geschmolzener Kieselsäure oder
Porzellan hergestelltes Rohr.