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Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Acetylen Gegenstand der
Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Acetylen nach
dem sog. Schiebladenhochdruckverfahren in Verdrängerbauart.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Acetylenerzeugern ist es üblich,
daß der Behälter für die Aufnahrrte des Karbids im die Flüssigkeit enthaltenden
Hauptbehälter angeordnet ist. Bei derartigem Aufbau der Apparatur zeigt es sich,
daß vornehmlich bei starker Gasentwicklung das Wasser einer Erwärmung unterworfen
ist und hiermit seine gleichzeitig zu erfüllende Funktion zur Kühlung des entwickelten
Gases nicht erfüllt. Es hat dies vielmehr sehr oft die nicht erwünschte Wirkung
zur Folge. daß das Acetylengas für den praktischen Gebrauch zu waren ist. Bekanntlich
soll das Gas jedoch genügend kühl verwendet werden.
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Die Erfindung besteht nun darin. daß eine Luftkühlung des Acetylengases
erfolgt, indem das Karbid in einer vom Flüssigkeitsbehälter getrennten, durch Rohrleitungen
mit diesem verbundenen und in der freien Luft angeordneten Ent«'1Cklerkammer untergebracht
ist. Bei derartiger Anordnung mit außerhalb des Wasserraumes liegender Entwicklerkammer,
also bei Luftkühlung, kann keine Wärmestauung auftreten, wie es bei oben geschilderter
wasserumgebener Entwicklerkammer der Fall ist, wo insbesondere bei starker Gasentwicklung
das Wasser sich zunehmend erwärmt und zwangsläufig die Wärmeableitung geringer werden
muß. Das bedeutet. daß in der Gasentwicklerkammer der bisherigen Bauart verhältnismäßig
hohe Temperaturen auftreten und das abströmende Gas ebenfalls sehr heiß ist. Beim
Erfindungsgegenstand kann selbst bei sehr starker Gasentwicklung keine Erwärmung
des Wassers 'im eigentlichen Vorratsbehälter auftreten, da dieses hier mit der Zone
der Gasentwicklung gar nicht in Berührung kommt.
Das Gas wird vielmehr
durch die getrennte Anordnung der Entwicklerkammer von der sie umgebenden Luft in
ausreichendem Maße abgekühlt. Zur weiteren Kühlung dient beim Entwickler nach der
Erfindung noch der Gaswäscher, in welchem das Gas die Flüssigkeit durchperlt.
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In Fortbildung der Vorrichtung wird erfindungsgemäß eine druckabhängige
automatische Steuerung der Gasentwicklung dadurch erzeugt, daß de= den Wasservorrat
aufnehmende Flüssigkeitsbehälter mit einem weiteren, als Ausgleichsraum dienenden
Behälter in Verbindung steht, der bei auftretendem höherem, Gasdruck den unter der
Einwirkung dieses Druckes aus dein Flüssigkeitsbehälter herausgedrückten Wasservorrat
in einem Maße aufnimmt, daß die Wasserzuleitung zur Entwicklerkammer unterbrochen
ist.
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Die Verbindungsleitungen dieser beiden Behälter sind hierbei so ausgebildet,
daß im normalen Zustand, d. h. also im Augenblick der Füllung des Wasserbehälters
und auch noch nach Einsetzen einer nicht zu starken Gasentwicklung, keine Flüssigkeit
in den Ausgleichraum übertritt, dieser vielmehr lediglich, mit Luft gefüllt, ein
Gegenpolster bildet. Der Druck im Ausgleichraum ist hierbei naturgemäß abhängig
vom jeweiligen Wasserstand im Flüssigkeitsbehälter. Durch entsprechende Dimensionierung
der Verbindungsleitung beider Behälter kann die Automatik der Steuerung der Gasentwicldtrng'
im gegenseitigen Wechseldruckverhältnis von erzeugter Gasmenge zum jeweiligen Flüssigkeitsdruck
und zum Druck des im Ausgleichsraum vorherrschenden Luftdruckes beherrscht werden.
Es ergibt sich hierbei im Wechseldruckverhältnis der soeben äufgegebenen Komponenten,
daß durch die Ausweichmöglichkeit der Flüssigkeit bei höherem Gasdruck in den weiteren
Ausgleichraum unter Zusammendrückung des darin befindlichen Luftpolsters dem Acetylengas
wieder die Möglichkeit gegeben ist, sich entsprechend auszudehnen, was eine Druckminderung
zur Folge hat. Es befindet sich also zwischen zwei gasförmigen Medien (Luft und
Aoetylen) eine nichtkompressible Flüssigkeit, die je nach Bedarf in Abhängigkeit
der, vorherrschenden Druckverhältnisse hin und her bewegt wird. Hierdurch ist eine
sehr leicht ansprechende automatische Steuerung der Gasentwicklung zu erzeugen,
wobei das Gas selbst das Steuermittel im druckabhängigen Verhältnis zur Entnahme
für den praktischen Gebrauch darstellt.
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Durch diese Automatik wird erreicht, daß der Gasdruck, d. h. das erzeugte
Gaslolumen, sich selbsttätig in Abhängigkeit des für den praktischen Gebrauch erforderlichen
Bedarfs steuert. Dies ist gleichbedeutend mit automatischer Drucksteuerung des Gasvorrats
in Abhängigkeit der jeweils entnommenen Mengen, je nachdem ob Brenner mit großen
oder kleinen Querschnitten zur Anwendung kommen.
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In Fortbildung der Erfindung ist in empirischer Entwicklungsreihe
festgestellt, daß zur restlosen Ausnutzung des Fassungsvermögens des Ausgleichsbehälters
für die Aufnahme des bei Drucksteigerung des entwickelten Gases aus dem Flüssigkeitsbehälter
verdrängten Wassers die Verbindungsleitung beider Behälter zweckmäßig um die Länge
der jeweiligen Durchmesser der Behälter aus diesen nach unten herausgeführt sind.
Hiermit ist auch gewährleistet, daß unter normalen niederen Druckverhältnissen keine
Flüssigkeit in den Ausgleichraum eintritt, diese vielmehr nur den Raum im Flüssigkeitsbehälter
und in der den Ausglcichraum gewissermaßen vergröl,#eritden Verbindungsleitung erfüllt.
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In weiterer Entwicklung des Erfindungsgedankens erfolgt die Verbindung
zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der hiervon getrennt angeordneten Entwicklerkammer
durch eine Rohrleitung, die einerseits im Flüssigkeitsbehälter von unten eingeführt
unterhalb des bei der Auffüllung sich ergebenden höchstmöglichen Wasserstandes endet
und andererseits in der Entwicklerkammer über der Entwicklersubstanz eingeführt
ist. Da dieses Verbindungsrohr gleichzeitig als Regelrohr für die automatische Steuerung
der Gasentwicklung und in diesem Zusammenhang zweckgebunden zur Leitung eines Teils
der erzeugten Gasmenge benutzt wird, ist es in zweckmäßiger Ausbildung in annähernd
Eindrittelhöhe des Flüssigkeitsbehälters von unten eingeführt. Von hier aus ist
es leicht ansteigend zur Mitte des Behälters geführt, da bei gleichzeitiger Leitung
von Wasser und Gas im Gegenstrom letzteres nur mittels ansteigender Leitungen strömen
bzw. durch das Wasser hindurchperlen kann. Von dem Mittenpunkt des Wasserbehälters
steigt dann das Ende des Zuflußrohres senkrecht an und endet unterhalb des bei der
Füllung der Apparatur sich ergebenden höchsten Wasserstandes.
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Um nun nach einsetzender Gasentwicklung zu vermeiden, daß eine zu
große Wassermenge durch das Zuflußverbindungsrohr zur Entwicklerkammer gelangt,
ist im Zuflußrohr im entsprechenden Abstand von seinem Ende eine Einlauföffnung
von geringer Dimension für die Zuleitung des Wassers zur Entwicklerkammer vorgesehen.
Die Höhe dieser Einlauföffnung im Zuflußrohr richtet sich hierbei nach dem möglichen
We@hseldruckverhältnis von erzeugter Gasmenge zum im Ausgleichraum vorhandenen Gegenpolster
unter Einbeziehung der dazwischenliegenden Wassermenge und des damit im Zusammenhang
stehenden, von der Höhe des jeweiligen Wasserstandes abhängigen Druckes. Die Wasserzulaufregelung
steuert sich infolge der seitlich des Zuflußrohres, also an seiner Wandung, befindlichen
Einlauföffnung automatisch, entsprechend dem Wasserstand im Behälter und des im
Gegenstrom fließenden Gases. Das plötzliche Einfließen einer größeren Wassermenge
zur Entwicklerkamm-er wird also vermieden und damit die Möglichkeit einer Übergasung
herabgesetzt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hierbei also
derart, daß nur zti Beginn der Gasentwicklung die Flüssigkeit am Ende der die Entwicklerkammer
mit dem Wasserbehälter verbindenden Rohrleitung einströmen kann, wodurch im Anfangsstadium
ein größeres Quantum Wasser
mit der Entwicklersubstanz zusammengebracht
wird. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel aber unter das Ende dieser Verbindungsleitung,
die nach obigem bis kurz unter den bei der Auffüllung des Apparats möglichen Wasserstand
reicht, so kann die weitere Wasserzufuhr zur Entwicklerkammer nur durch die seitlich
des Zuflußrohres vorgesehene Einlauföffnung geringer Dimension erfolgen.
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In diesem Zuflußrohr erfolgt nun die automatische Steuerung der Gaserzeugung
in ihrem Wechseldruckverhältnis zum jeweiligen Wasservorrat bzw. Druck derart, daß
bei starker Gasentwicklung naturgemäß der im Rohr durch die starke Gasströmung hervorgerufene
hohe Druck ein weiteres Einfließen der Flüssigkeit zur Entwicklerkammer nur in geringem
Maße zuläßt, so daß die Gasentwicklung automatisch gebremst wird. Andererseits zeigt
sich bei steigendem Wasserdruck, d. h. also bei zwangsläufig damit verbundenem niederem
Gasdruck, ein Zunehmen des Wasserzulaufs mit zwangsläufig verbundener Zunahme der
Gasentwicklung.
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Der Aufbau der Apparatur nach der Erfindung erfolgt hierbei aber so,
daß der wesentliche Teil der erzeugten Gasmenge über eine weitere Rohrverbindung
aus der Vergasungszone der Entwicklerkammer zu einem auf dem Flüssigkeitsbehälter
angeordneten Gasdom geleitet wird, von wo aus dann unter Einwirkung des jeweilig
vorherrschenden Druckes dieser dort befindlichen Gasmenge auf den Flüssigkeitsspiegel
die selbsttätige Steuerung der Wasserzufuhr zur Entwicklerkammer erfolgt, so daß
hier eine druckabhängige Kreislaufarbeit entsteht und dem Flüssigkeitsvorrat die
Möglichkeit gegeben ist, beim Auftreten von zu hohen Gasdrücken in einen Ausgleichraum
überzutreten und beim Nachlassen dieses Überdruckes selbsttätig wieder in deii Flüssigkeitsvorratsraum
zurückzufließen.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin
zu sehen, daß zum Erzielen einer möglichst gedrängten Bauart der Gesamtapparatur
der Wasservorratsbehälter mit dem Wasser- und Speicherraum, in welchen das Gas aus
dem Gasdom übergeführt wird, zu einem Aggregat zusammengefaßt sind, indem beispielsweise
zwei zylinderartige Behälter aneinandergeschweißt, lediglich durch eine Zwischenwand
räumlich voneinander getrennt sind.
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Die Entwicklersubstanz ist in der Entwicklerkammer in einer durch
Zwischenwände aufgeteilten Schiebelade unterzubringen, die nach öffnung des Entwicklerkammerverschlusses
herauszuziehen ist, womit eine Füllung der Entwicklerkammer mit Karbid in einfacher
Weise zu bewerkstelligen ist.
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Das Verfahren zum Erzeugen von Acetylengas unter Benutzung der Vorrichtung
nach der Erfindung kennzeichnet sich wesentlich dadurch, daß immer nur eine automatisch
gesteuerte Gasmenge in Abhängigkeit des jeweils auftretenden praktischen Verbrauchs
erzeugt wird. Das vorhandene jeweilige Gasvolumen oder besser der jeweils vorherrschende
Gasdruck wird hierbei einmal zu einer Steuerung der Zufuhr.der Flüssigkeit zum Karbid
an sich ausgenutzt, indem beim Auftreten zu hohen Gasdruckes eine Zufuhr des Wassers
zur Entwicklerkammer vorerst verringert, aber mit immer zunehmendem Druck sogar
vollkommen unterbrochen wird. Zum anderen wird aber die Gasentwicklung auch zur
selbsttätigen Regelung der mengenmäßigen Einleitung der Flüssigkeit zum in der Entwicklerkammer
befindlichen Karbid ausgenutzt, wobei die Steuerung zwischen dem einlaufenden Wasser
und dem im Gegenstrom fließenden Gas erfolgt, das sich mengenmäßig wieder in Abhängigkeit
der Intensität der Gasentwicklung innerhalb der Entwicklerkammer jeweils verändert.
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Zur Verdeutlichung der Grundgedanken der Erfindung wird diese an Hand
eines Ausführungsbeispieles für den Aufbau einer gesamten Apparatur in schematischer
Weise zur Darstellung gebracht, und zwar zeigt Abb. i eine Frontalansicht des Apparats
mit Blick auf den Verschluß der für das Karbid vorgesehenen Entw-icklerkammer und
Abb. 2 einen Schnitt durch die Anlage nach der Linie 1I-11 der Abb. i.
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In der Abb. i ist der Vorratsraum für das Wasser, der sog. Flüssigkeitsbehälter,
mit t und der in. diesem Ausführungsbeispiel danebenliegende Druckausgleichraum
mit 2 bezeichnet. Die Verbindung vom Flüssigkeitsbehälter i zur das Karbid aufnehmenden
Entwicklerkammer 3 ist durch eine Rohrleitung 4, 5 gegeben, in welche noch ein
Ab-
sperrventil 6 eingebaut ist. Innerhalb der durch einen Bügelverschluß
7 und 8 dicht verschlossenen und zu ihrem Bodenende hin leicht geneigten Entwicklerkammer
3 ist das Karbid in einer Schiebelade 9 untergebracht, die für sich wieder durch
Zwischenwände i o in, Fächer aufgeteilt ist. Die EntwicklerkarTimer 3 ist zweckmäßig,
wie in den Abbildungen gezeigt, möglichst weit nach oben zwischen die Behälter i
und 2 einzubauen, um so gegen Beschädigungen auf Grund äußerer Einflüsse nach Möglichkeit
geschützt zu liegen und zudem auch die Beschickung der Entwicklerkammer zu erleichtern.
Während die aus den Leitungsstücken 4 und dem Zuflußrohr 5 zusammengesetzte Verbindungsleitung
von der Entwicklerkammer zum Flüssigkeitsbehälter i sowohl zur Einleitung des Wassers
zum Karbid als auch gleichzeitig zur Leitung eines im Gegenstrom fließenden Anteils
der erzeugten Gasmenge zum auf dem Behälter i angeordneten Gasdom t i dient, findet
eine weitere Verbindungsleitung 12 aus der Entwicklerkammer 3 heraus zum Gasdom
t i ausschließlich für das Abfließen des Gases, und zwar der wesentlichen Gasmenge,
Verwendung. Da die Verbindungsleitung 4,5 gleichzeitig der Leitung von Wasser und
auch Gas dient, ist dafür Sorge zu tragen, daß die Leitungsführung eine jederzeit.
steigende Tendenz aufweist. Im zur Darstellung gebrachten Ausführungsbeispiel ist
zu diesem Zweck das sich an den Wasserabsperrhahn 6 anschließende und in annähernd
Eindrittelhöhe des Behälters i eingeführte Leitungsstück 4 und auch das sich hieran
wieder anschließende Stück 4' mit leichtem Gefälle versehen, so
daß
eine sich hierin bewegende Gasmenge immer in Richtung des Gasdomes i t ohne Stillstand
fortbewegt wird, während die im Gegenstrom zur Entwicklerkammer 3 hin fließende
Flüssigkeit sich zufolge ihrer Schwere in diesen Leitungen 4 und 4' immer in den
unteren Leitungsteilen bewegt.
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Der Flüssigkeitsbehälter i und der Gegendruckraum 2 sind untereinander
durch eine Rohrleitung 13 möglichst großen Querschnitts verbunden, um einen genügenden
Ausgleich bzw. Abfluß in den normalerweise nur mit Luft gefüllten Ausgleichsraum
2 entstehen zu lassen, sobald das erzeugte Gasvolumen infolge zu geringer Entnahme
für den praktischen Gebrauch zu hohe Druckwerte annimmt. Die Rohrleitung 13 findet
hierbei in erfindungsgemäßer Ausbildung gleichzeitig als Standfuß für die Anlage
Verwendung. Die Querschnittsdimeitsian der Rohrleitung 13 ist hierbei im wesentlichen
abhängig vom auftretenden Druck des Wasserstandes bei der Füllung der Apparatur
im Flüssigkeitsbehälter t und dein Luftvolumen des Gegendruckraumes 2. Nach der
Erfindung sind die Querschnitte so zu wählen, daß vor dem' Einsatz einer Gasentwicklung
in der Entwicklerkammer 3 bzw. eines im Gasdom i i auftretenden Gasdruckes und damit
zwangsläufig verbundener Einwirkung auf den Wasserspiegel des Behälters i kein Wasser
in den Ausgleichsraum 2 übertritt. Bei der Füllung des Behälters i mit Wasser durch
den Füllstutzen 1 4 soll also die Flüssigkeit, selbst beim i: herlaufen des Behälters,
nur den Behälter i selbst und die Verbindungsleitung 13 füllen. In jeweiliger Größenabmessung
der beiden Behälter i und 2 hat sich durch empirisch festgelegte Versuchsreihen
ergebet, daß die Verbindungsleitung 13 entsprechend großen Querschnitts zweckmäßig
jeweils um 4lie Länge der Durchmesser dieser Behälter i und 2 nach unten herauszuführen
ist.
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Das letzte Teil der von der Retorte 3 zum Flüssigkeitsbehälter i führenden,
aus den Stücken 4, 4' und 5 bestehenden Verbindungsleitung ist innerhalb des Flüssigkeitsbehälters
t als Zuflußrohr 5 ausgebildet. Die automatische Regelung der Wasserzufuhr zur Entwicklerkammer
3 erfolgt hierbei durch eine in entsprechendem Abstande vom Rohrende 5' vorgesehene
Einlauföffnung 15, die einet möglichst kleinen Zuflußquerschnitt für das
Wasser in das Zuflußrohr 5 und damit über die weiteren Rohrteile 4 und 4' zur Entwicklerkammer
3 in seiner Einwirkung auf das Karbid vorsieht. Die Höhe dieser Einlauföffnung 15
gemäß dem Erfindungsgedanken bestimmt sich hierbei wesentlich einerseits durch die
vorhandene Wassermenge, d. h. also die Größendimension des Behälters i, sowie andererseits
wieder nach den auftretenden möglichen Gasdrücken bei einsetzender Gasentwicklung
in der Entwicklerkammer 3 bzw. nach der überführung dieser Gasmenge in den Gasdom
i i, womit es dann mit seinem Druck auf,den Wasserstand im Behälter i einwirkt.
In diese Druckverhältnisse gehen zwangsläufig wieder die Querschnittsdimensionen
des Gegendruckraumes 2 und der Verbindungsleitung 13 zum Flüssigkeitsbehälter i
mit ein. Von dem noch mit einen Sicherheitsventil bekannter Bauart versehenen Gasdom
> > führt eine Rohrleitung 16 in den Wasch- und Gasspeicherraum 17, der erfindungsgemäß
zum Erzielen einer möglichst gedrängte Bauart der Apparatur mit dem Flüssigkeitsbehälter
i zu einem Aggregat zusammengefaßt ist. Der Wasch- bzw. Speicherraum 17 ist beispielsweise
durch Schweißen o. dgl. Verbindungsart mit dem Behälter i in gleicher Formgebung
anschließend angefügt. Die Rohrleitung i 6 für das aus dem Gasdom i i abzuführende
Gas ist hierbei zweckmäßig von oben in den Raum 17 eingeführt und läßt das Gas am
Boden in eine bis zur Höhe des Einfüllstutzens 18 für den Behälter 17 darin befindliche
Waschflüssigkeit, z. B. Wasser, eintreten. Das Gas perlt dann zur Reinigung und
auch noch zur zusätzliclicn Kühlung durch diese Flüssigkeit hindurch und tritt dann
über eine Leitung i9 in üblicher Weise in .eine Wasservorlage 20 von unten in diese
ein, von « o aus dann die Gasentnahme für den praktischen Gebrauch über ein Ve11til21
erfolgen kann. :\ii der F_ingangsstelle der Leitung i g in die Wasservorlage wird
noch ein Rückschlagventil22 vorgesehen. Atich kann in die Zuleitung i g zweckmäßig
noch ein Absperrventil in üblicher Weise eingebaut sein. In gleicher Weise sind
auch noch die in den Abbildungen nicht zur Darstellung gebrachten Entwässerungs-
und Entlüftungsöffnungen für die Anlage an den hierfür geeigneten Punkten vorzusehen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist folgende:
Nach Auffüllung des Flüssigkeitsbehälters i durch den Stutzen 14 ist dieser und
die Verbindungsleitung i 3 111it \Vasser gefüllt. Bei völlig gefülltem Behälter
i erfolgt bei geöffnetem Absperrventil () die Wasserzuführung zur Entwicklerkammer
3 über den gesamten Querschnitt der aus den Rohrteilen_; und 4, 4' bestehenden Verbindungsleitung,
da der Wasserstand über denn Ende 5' des Rohres 5 steht. Es erfolgt also zur Einleitung
der Gasentwicklung zuerst eine größere Wasserzufuhr zur Entwicklerkammer 3, bis
der Wasserstand im Behälter i unter das Ende 5' des Zuflußrohres 5 absinkt. Von
hier ab erfolgt dann eine geringere Wasserzuleitung zur Entwicklerkammer 3, da jetzt
das Wasser nur durch den kleinen Querschnitt der Einlauföffnung i 5 des Zuflußrohres
5 in die Verbindungsleitung 4, 4' eintreten kann. Bei auftretendem höherem Druck
des über die Leitung 12 in den Gasdom i i eintretenden Gases und zu geringem Abflti13
über die Leitung 16 wird dann der Wasserstand ini Behälter t unter dieser Druckwirkung
sinken, da er über die Leitung 13 in den Ausweichraunn 2 ausweichen kann, und zwar
so weit bei immer steigendem Druck des Gases, bis er unter die Einlauf<iffnung
15 des Regelrohres 5 abgesunken und die weitere Gasentwicklung in der Entwicklerkammer
3 unterbrochen ist.
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Gleichzeitig fließt aber- aiicli ein geringer Anteil des entwickelten
Gases von der Ent\-icklerkammer 3 im Gegenstrom zum Wasserzutlu13 durch die Verbindungsleitung
4, 5. ]ü na--h Stärke der auftretenden
Gaseiitw,icklting wird hierdurch
eine automatische Steuerung der zufließenden Wassermenge erzeugt, da einerseits
bei zunehmendem Gasdruck im Gasdom i i der Wasser_:tand und L1:imit im Zusammenhang
die Einlaufinenge in die iilfntnig 15 verringert wird und andererseits auch das
stärker durch die Verbindungsleitung 4, 5 hindurchströmend Gasvolumen den weiteren
Wasserzufluß zur Retorte 3 hindert. Auf diese Weise wird also im gegenseitigen Wechseldruckverhältnis
eine besonders empfindliche und demgemäß leicht ansprechende vollautomatische Regulierung
des Wasserzuflusses erzielt, die für eine Herstellung der erfindungsgemäf@en Vorrichtung
mit geringen Größenabmessungen unerläfilich ist.
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Verringert sich der Druck des über dem Wasserspiegel herrschenden
Gasdruckes durch beispielsweise Entnahme für den praktischen Gebrauch oder durch
Öffnen eines Sicherheitsventils, so fließt das Wasser automatisch wieder aus dem
Gegenraum 2 in den Behälter i zurück, worauf dann ein Wassereinlauf durch die C>ffnung
15 des Zuflußrohres 5 wieder einsetzt, sobald der Wasserstand druckabhängig
diese Höhe wieder erreicht.