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Generatorofen zur Herstellung von Zementierungsgas Die Herstellung
gasförmiger Zementierungsatmosphären kann in der Weise erfolgen, daß man \lisch.gas
aus einem Holzgasgenerator, Mischgas aus einem Holzkohlengasgenerator mit Dampfeinblasen
oder ein Gemisch von Stadtgas und Luft ()der irgendeines anderen Gases oder sonst
ein geeignetes Gasgemisch in eine Kohlensäule, vorzugsweise aus Holzkohle bestehend,
einströmen läßt, die auf eine hohe Temperatur gebracht worden ist, und zwar vorzugsweise
etwa io5o° C oder höher als diese, gleich der Zementierungstempe.ratur.
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Herstellungsverfahren dieser Art sind in dem französischen Patent
799842 und seinen Zusatz-1>atenten 47 594 und 47 959 beschrieben. Ein Ofen
für die Herstellung eines solchen Gases ist in dem französischen Patent 8o8 io2
beschrieben. Obwohl der im französischen Patent 8o8 io2 beschriebene Typ für Stundenleistungen
zwischen i und 35 m' einen guten Ofengang ergibt, ist dies für größere Leistungen
in der Größenordnung von 6o bis i5o m3 stündlich nicht mehr der Fall.
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Die vorliegende Erfindung bietet ein Mittel zur Vermeidung der Schwierigkeiten,
welche die Verwirklichung dieser großen Leistungen bietet. Eine dieser Schwierigkeiten
rührt von der Abkühlung des Gases in Gegenwart,der Holzkohle im Aufgabetrichter
her, wenn es von einem Reaktionsrohr zum anderen übergeht, in dem durch das oben-erwähnte
Patent vorgesehenen Fall .bei einem Ofen, der aus zwei Reaktionszwillingsrohren
besteht. Diese Abkühlung bewirkt nämlich die Zersetzung des Kohlenoxyds nach der
Formel 2 C O = C 02 + C
unter Bildung von Kohlendioxyd, das im zweiten
Reaktionsrohr reduziert werden muß, und Ruß; wenn die Leistung sehr groß ist, kann
die Reduktion unter Umständen unvollständig bleiben.
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V1>erdies ist unter den anderen Bauelementen des Ofens gemäß französischem
Patent 808 zog das Querstuck nicht zweckmäßig, wenn die -Masse der zu bewegenden
Kohlensäule zu groß ist und die Entfernung der Aschen schlecht vor sich geht. Wenn
schließlich der Aufgabetrichter ein großes Volumen besitzt und leer ist, 'kann bei
Öffnen dessell>en eine große Flamme auftreten, der sich die Bedienungsmannschaft
nicht aussetzen darf. Wenn der :\ufgabetrichter andererseits von einem Kegeldoppelverschluß
überragt ist, werden die Ül>erwachung des Innern der Reaktionsrohre und (las eventuelle
Stochern sehr erschwert.
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1#:rfin(lttagsgeniäß ist demnach zur Herstellung von Zenrentierung.sgas
durch Reaktion in- einer Kohlensä tiie, die auf einer Temperatur gehalten wird,
die höher ist als die 7.ementierungstemperattir, ein Zementierungsofen vorgesehen,
der aus z\\-,i hintereinandergeschalteten, von oben beschickt11111. je einen I?.isi-
und Austritt aufweisenden, in ihrem Oberteil miteinander verbundenen Reaktionsr(tlireit
besteht, die mit periodischer Umkehrung des Gasstromes arbeiten.
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1)ie Reaktionsrohre sind aus hitzebeständigem Stahl in Form eines
zylindrischen Rotationskörpers hergestellt, wodurch die bessere Qualität der durch
Schleuderguß hergestellten Rohre ausgenutzt wird. Diese Rohre sind itn allgemeinen
unabhängig voneinandcr, so daß eines von ihnen ersetzt werden kann, wenn es beschädigt
ist, während das zweite gebrauchte Rohr weiterhin in Benutzung bleiben kann. vorausgesetzt,
(-aß es noch in gutem Zustande ist.
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Die Beschickung hat die Form von zwei jeweils finit den leiden Reaktionsrohren
verbundenen Aufgal>etriclitern. Die Reaktionsrohre haben miteinander eitle dem Gas
Durchtritt gewährende Verbindung, die entweder in einem unmittelbar unter (lern
:\ufgabetrichter in der oberen Stirnwand angeordneten Verbindungsrohr besteht, welches
in einem H-förmigen, wärmeisolierenden Teil gelagert ist (>der die durch ein im
Innern des Ofens in der \älie seiner oberen Stirnwand angeordnetes horizontales
Rohr gebildet wird, dessen Enden jeweils fest finit den beiden Reaktionsrohren verbunden
sind.
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Die Beschickung des Generatorofens ist derart au sgcl»ldet, daß die
Kohle unmittelbar in die heiße Zone der Reaktionsrohre gelangt, beispielsweise mittels
-Rohre, deren innerer Querschnitt ungefähr gleich (lern Querschnitt der Verbindung
zwischen den beiden Reaktionsrohren ist. Dabei weisen die Reaktionsrohre jeweils
einen Rost auf, dessen l,.1>ene Tiber der unteren Wärmeisolation des Ofens liegt.
Dieser Rost wird beispielsweise von einem Rohr aus hochtemperaturbeständigem Stahl
gehalten, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des
betreffenden Reaktionsrohres. Dieses Halterohr ist mit seitlichen Öffnungcn, durch
welche Luft ciiitreten kann, und gegel)eitenfalls mit weiteren seitlichen Öffnungen
ausgestattet, durch welche Stadtgas eintreten kann.
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Der Generatorofen ist weiterhin dadurch besonders gekennzeichnet,
(Maß er verschiedene Eintrittsöffnungen für die Luft und für das Gas aufweist und
(laß <las letztere <furch ein bohr zugeführt wird, welches bis in die -Nähe
des Rostes emporragt und mit eitler Schtitzliaube versehen ist.
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Die Unterteile derReaktionsrohreendlichtauchen jeweils in ringförmige
\letallbädcr eilt, die in Form einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt gegel>en
sind.
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In den Zeichnungen zeigest die l@ ig. i und 2 in vergrößertem \laßstabe
zwei Ausführungen eines Bauteils, wie man ihn in den verschiedenen Ausführungsformen
des Ofens getnäß der vorliegenden Erfindung vorfindet; Fig. 3, .I und 5 stellen
drei Varianten eines Ofens mit zwei Reaktionsrohren tiad zwei Aufgabetrichter'n
für Holzkohle dar: Fig.6, 7 Und 8 zeigen Spezialausführungen des Unterteils der
Reaktionsrohre; F ig. 9 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung nach den Fig. 6,
7 und B.
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Allgemein ist der Apparat aus zwei Reaktionsrohren t zusammengesetzt,
die gemäß den Fig. 3 und .I durch ein H-föriniges Stück miteinander ver-1>unden
sind.
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Die Verbindung der Rohre mit dein -Mauerwerk erfolgt im oberen Teil
der Rohre durch ein Flanschstück 25 (Fig. 5) aus rostfreiem Stahlguß. Zu diesem
Zweck sind sowohl die Innenseite des Flanschstückes wie auch das Äußere des Rohres
mit Gewinde versehen (F ig. i) oder abgedreht (Fig. 2), so (-aß sie genau ineinanderpassen.
Zwei Schweißnähte 26 und 27 gewährleisten völlige Abdichtung. Das Flanschstück kann
zwei I# lansclie besitzen, von denen der untere 28 dem Rohr gestattet, auf dem oberen
Teil des 'Mauerwerks des Ofens 3o aufzuliegen, während der obere Flansch 29 eine
ebene Auflagefläche für (las H-föt-inige Verbindungsstück 31 bildet.
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Dieses H-förmige Stuck 31 aus rostfreiem Stahl, entweder aus miteinander
verschweißten Schleudergußrohren (Fig..I) oder iss einem einzigen Stück gegossen
(Fig. 3), dient durch die horizontale Ver-1>indung 31' zur Cberleitung des Gases
von einem Rohr zum anderen. 1's besitzt in seinem Oberteil zwei flache Flaissclre
32 und 33 in der Achsrichtung vier Rohre.
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Diese Anordnung erlatil>t die Befestigung unter Flachdichtung eines
rostfreien Rohres 3¢ oder 35, das in der Achse jedes Reaktionsrohres bis in die
heiße Zone dessellten hinabreicht. Dieses Rohr kommt von der Gießerei entweder in
einem Stück mit dem Verbindungsstück 31 (Fig. 3) oder für sich allein als
Schlendergußstück mit angeschweißtem Flansch (Fig. d). I)er Durchmesser dieser Rohre
34 und 35 ist so I>eniessen, daß der Ringraum für den Gasstrom den zahlenmäßig gleichen
Querschnitt besitzt wie das Innere des Rohres, das die Holzkohle abwärts führen
soll.
jedes (fieser 1Zolire ist nach oben durch je einen .\ufgabetrichter
aus blech 36 und 37 verlängert, welche durch Flansche 32 und' 33 mit Flachdichtung
befestigt sind. jeder Trichter ist in seinem Oberteil durch eine Beschickungstür
38 und 39# senkrecht zur Achse des entsprechenden Reaktionsrolires i, \-erschlossen.
I)as ganze H-förinige Zwischenstück 3i -zwischen den beiden Reaktionsrohren t und
den beiden :lufgabetrichtern 36 und 37, welches die Verbindung zwischen den beiden
1Zeaktionsrohren für den Strom der Gase sicherstellt, besitzt eine starke Wärmeisolierung,
z. B. eitlen Blechkasten 4o mit Kieselgurfüllung 41.
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l,:ine andere Anordnung der Reaktionsrohre zeigt die Fig. 5. Die beiden
senkrechten, 'hintereinandergeschalteten IZeaktiorisrolire i sind in ihrem Oberteil
durch eitlen horizontalen Rohrstutzen i' aus einer hitzebeständigen, rostfreien
Legierung aneinander befestigt und miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung befindet
sich der Anschluß im Innern in der sehr heißen ZonedesOfens.Eskommt dabei wenig
darauf an, ob die Holzkohle das Verbindungsrohr ausfüllt oder ob die Aufgabetrichter
36 und 37 den ganzen Querschnitt .der Reaktionsrohre i atifülleri. Um Biegungsl>eanspruchungen
der Schweißnähte zu vermeiden, ist ein Stehbolzerl42 an (las Unterteil der Rohre
über der feuerfesten Wandung 43 der Ofensohle angeschweißt. Dieser Stelilx)lzeri
kann gleichfalls aus einem Schleudergußrohr .I2 bestellen, (las an die beiden Rohre
i angeschweißt ist, aber ohne in sie auszumünden (blindes Rohr), so (laß die mechanische
Steifigkeit gewährleistet ist. Uni das Aggregat der beiden Rohre \-on oben her einzuführen,
ist es bei dieser .lnordnung notwendig, daß der wärmeisolierte Deckel des Ofens
in zwei Teilen geöffnet werden kamt, deren Stoßstelle in der den beiden gemeinsanien
1)iatnetralel>etie liegt, oder daß das Mittelstück 44 eitlen abnehmbaren Stopfen
bildet, der mit den Rohren zusarrunen eingebaut werden kann.
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I)ie i@nordnung der Fig. 5 bietet den Vorteil, daß die Kohle durch
den Gesamtquerschnitt der Reaktionsrohre i herabsinken kann. Dieser Vorteil wird
indessen wettgemacht durch die Notwendigkeit von Schweißstellen in der heißen Zone
der Rohre, und bei 1)tirchlöchertttig muß man beide Rohre zugleich auswechseln,
da sie aneinandergeschweißt sind.
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Eine vereitifaclite L('isung, welche in gewissen I#iilleti zweckmäßig
ist und angenähert dem Zweck der Erfindung entspricht, besteht darin, daß man nur
einen Aufgahetrichter für die beiden Rohre i vorsieht. Man führt alsdamidurchdieBeschickungstür
ein Rolir in Form eines umgekehrten U ein, dessen Schenkel in je eitles der
Reaktionsrohre bis in die Beiße Zone eintauchen. Infolge des geringeren 1)ruckverltistes
in (lern leeren U-Rohr gegenüber (lern mit Kohle angefüllten AufgaUtrichter gellt
ein bedeutender Teil des Gases durch das Rohr ohne Zersetzung des Kohlenoxyds. Man
kann zweckmäßig im gleichen Sinne auch Zwischenwände in dem einzigen Aufgabetrichter
vorsehen.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen die Konstruktion des unteren Teiles des Ofens.
Das Unterteil jedes Reaktionsrohres i ist außen abgedreht, und eine Stopfbüchse
7 mit einer Packung aus Asbest, Graphit, Molybdänsulfid und 01 oder plastischem
Material sichert die Verbindung mit dem Sammelkasten.
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Bei der Anordnung nach Fig. 9 ist das Unterteil jedes Reaktionsrohres
mit Gewinde versehen und ein Flansch mit Flachdichtung aufgeschraubt. Die Dichtigkeit
des Gewindes wird durch Verzinnen oder andere Mittel gewährleistet. Der Flansch
mit Flachdichtung sichert die dichte Verbindung mit dem Sammelkasten 9 durch eine
Dichtung aus graphitiertem Asbest, eine plastische Metalldichtung oder noch besser
durch autogenes Aufschweißen des Flansches.
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In der Fig.8 taucht das Unterteil jedes Reaktionsrohres in ein ringförmiges
Metallbad 24, das mit dem Verbindungskasten 9 aus einem Stück besteht und eine dichte
Verbindung darstellt, wobei sich das Rohr i gleichzeitig frei ausdehnen kann, während
der Sammler oder Anschlußkasten 9 anderswo abgestützt wird. Als Metallbad kann man
leicht schmelzende Legierungen von Blei, Zinn, Antimon,W ismut. Kadmium verwenden,
insbesondere die Legierungen für Letternmetall, die Lote, die eutektischen Legierungen,
unter anderen eine Legierung voll 50 Teilen Blei, 25 Teilen Zinn und 25 Teilen
N\'istnut, deren Schmelzpunkt bei 149° liegt. Sie hat keine Einwirkung auf die Wandung
des ringförmigen Behälters, wenn dieser aus rostfreiem Chromstahl mit oxydierter
Oberfläche besteht. In diesem Falle. (Fig. 8) muß man die Verbindung 45 zwischen
der äußeren Oberfläche des Bades und der Luft möglichst einengen, um übermäßigeOxydation
zu vermei(len; auch kann man eine kleine Menge an Stadtgas zufuhren, um die Oxydation
zu vermeiden.
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Auf dem flachen Boden 14 des Sammelkastens1 9 befindet sich das Befestigungsteil
für den Rost, der sich weiter oben in der heißen Zone über der Ebene der unteren
feuerfesten und wärmeisolierten Wandung des Ofens 6 befindet. Dieses Befestigungstel3
kann durch ein zylindrisches Rohr aus hitzebeständigem Stahl 3 .gebildet werden,
dessen Außendurchtnesser etwas geringer als ,der Innendurchmesser des Reaktionsrohres
i und das mit seitlichen öffnungen 8 und 20 versehen ist.
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Im Falle der Speisung durch ein Gemisch von Luft und Stadtgas kann
dieses letztere durch ein axiales Rohr 5 zugeführt werden, das mit der Bodenplatte
aus einem Stück besteht und im Innern des Reaktionsrohres i gerade unter dem Rost
2 ausmündet. Es ist gegen das Eindringen von Asche durch eine Kappe .4 geschützt.
Der Ausbau des Ganzen erfolgt von oben nach unten nach Lösen einer Reihe von am
Befestigungsflansch 13 der Bodenplatte 14 befindlichen Bolzen. Das axiale Gaseintrittsrolir
5 ist an die Stadtgasleitung 15 beispielsweise (Fig. 6) durch einen Schwanenhals
17 und einen ebenen Flansch 16 oder ein dreiteiliges Gelenk angeschlossen, welche
den Ausbau von oben nach unten gleichzeitig mit dem Ausbau der Bodenplatte r4 gestatten.
Nach
einer bevorzugten, in Fig. 7 dargestellten Anordnung hat der zylindrische Rostträger
3 einen zylindrischen Zwischenteil zum Einstecken in eine zylindrische Büchse i9
des Sammelkastens 9 derart, claß die Stadtgasleitung@i5 fest an den unteren lZingrauni
des Sammelkastens 9 angeschlossenwird. Schlitze 20 in dem Rostträgerrohr sichern
die Verbindung mit dem zentralen Eintrittsrohr 5 für das Stadtgas.
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Der Fuß dieses Rohres, gerade über der Bodenplatte, kann bei 12 finit
einer Wärmeisolierung verselien werden, um die Temperatur der Flachdichtung des
Bodenflansches 14 zu vermindern.
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Ein Schauloch l8 kann in der Achse des senkrechten Gaseintrittsstutzens
5 angeordnet werden, wenn (Fig. 6) die Bodenplatte 1:I durch Bolzen befestigt ist.
Falls die Stadtgaseintrittsleitung 15 fest an dem unteren Ringraum 21 des Sammelkastens
angeschlossen i.st, kann das Anziehen der Dichtung des Flansches 13 durch eine Schraubenpresse,
bestehend aus Bügel 22 und Schraube 23, erfolgen. Diese Vorrichtung hat den Vorzug
der leichten und schnellen Bedienung, um ein Reaktionsrohr i von den Aschen, die
vom Rost 2 herabfallen, zu reinigen. Eventuell kann der Anschlußkasten ein Sieb
io enthalten, welches Asche und Kohlenstaub zurückhält, damit sie nicht in den Strom
des Zementierungsgases gelangen.
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Im Falle der Anordnung mit Stopfbüchse (Fig. 6 und ;) wird man bemerken,
daß diese Anordnung Besonders geeignet ist für Ofen großer Leistung, bei welchen
der Druckverlust in den Reaktionsrohren beträchtlich ist und einen erhöhten Druck
bei Luft und Stadtgas erfordert. Bei dieser Anordnung ist die Sfopfbüchse einem
verhältnismäßig geringen Druck von unterhalb unterworfen, falls dies-,- Seite als
Austritt für das Zementierungsgas dient. Wegen des geringen Druckes kann man die
Undichtigkeitsverluste durch die Dichtung vernachlässigen. Umgekehrt ist die Seite,
welche als Eintrittsseite für Gas und Luft dient, einem sehr holten Druck ausgesetzt
und die Undichtigkeitsv:#rluste sind hier viel mehr zu furchten. Man bteinerkt,
(iaß in diesem Falle die Stopfbüchse nur dein Druck der Luft und keinesfalls dem
des Stadtgases unterworfen ist. Die Undichtigkeitsverluste sind darin weniger ernst
zunehmen, und es besteht auch keine Gefahr für das Entweichen giftiger Gase.
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Das Verschieben der Bodenplatten und Roste bzw. deren Entfernung kann
entweder von Hand oder durch eine, Schraubenwinde in der Achsrichtung des Rohres
oder durch einen Galgen oder sonst ein Mittel erfolgen. Asche und Kohle können durch
eine Schüttelrinne mit Ringbehälter um das Rostbefestigungsrohr herum oder in einen
Kasten zu ebener Erde in der Achsrichtung und von ge-
nügender Breite oder
durch jedes andere Mittel abgezogen werden.
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Diese Anordnungen erlaubten den Bau von Ofen ,großen Fassungsvermögens
und groß,°r Gasausbeute.
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l)er so konstruierte Apparat arbeitet nach folgeIidetn Prinzip: a)
Die Verbindung zwischen den
| beiden Rohren erfolgt ohne merkliche Abkühlung |
| und praktisch ohne Berührung intt der Holzkohle, |
| wodurch die Reaktion 2 C O = C 0z + C l;eini |
| Übertritt des Gases von einem Reaktionsrohr zum |
| anderen vermieden wird; b) jeder (I.er Aufgabe- |
| trichter hat ein urn die Hälfte geringeres Volumen, |
| als es für einen gemeinsamen Aufgabetrichter not- |
| wendig wäre, wodurch die l,' lainmenwirkting 1111 |
| Augenblick des Offnens eines von ihnen zwecks |
| Beschickens vermindert N\ ird; c) 1'1>erwachung und |
| Stochern jedes lZohres ist 1e ficht durch <lie |
| schickungstür lmultirch zu errei@@hen; (1) die |
| Aschen können von Zeit zu Zeit durch Ausbau der |
| Bodenplatte, Herablassen <les Rostes und Entleeren |
| des TZeaktionsrohres abgezogen werden, diese Arbeit |
| kann lrei warmem Ofeit vor@@enomnien \\-erden und |
| erfordert wenig Zeitauf\caii(1: e) der Eintritt des |
| Stadtgases und der Luft erfolgt ohne vorherige |
| Mischung, wodurch die Vort@;irmung der Luft und |
| des Gases ermöglicht wird. |