DE833836C - Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen - Google Patents

Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen

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DE833836C
DE833836C DEK913A DEK0000913A DE833836C DE 833836 C DE833836 C DE 833836C DE K913 A DEK913 A DE K913A DE K0000913 A DEK0000913 A DE K0000913A DE 833836 C DE833836 C DE 833836C
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Friedrich Totzek
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Koppers Co Inc
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/485Entrained flow gasifiers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
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    • C10J2200/15Details of feeding means
    • C10J2200/158Screws
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
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Description

  • Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen, die für lkheizung, Beleuchtung und für andere Zwecke verwendbar sind. und insbesondere auf die Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus festen Brennstoffen.
  • Es ist bekannt, stückige feste Brennstoffe, z. B. Koks, in einer nach Art eines bekannten Gaserzeugers mit ruhendem Brennstoffbett betriebenen Vergasungseinrichtung, in welcher: ein über Atmosphärendruck liegender Druck, z. B. 8 atü, aufrechterhalten wird, in ein Gas umzuwandeln, das Kohlenoxyd, Wasserstoff und :Methan, letzteres bis zu etwa 81/o, enthält.
  • Ein wesentliches Ziel der vorstehenden Erfinciung erstreckt sich darauf, verbesserte Methoden und Einrichtungen zur Erzeugung von brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen zu entwickeln, welche die Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen gestatten.
  • Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung der Erfindung und der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Nach einem früheren Vorschlag des Erfinders kann man einen fein verteilten Brennstoff kontinuierlich in einen unter erhöhtem Druck stehenden Strom von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen einführen, und zwar unter solchen Bedingungen, daB eine vorzugsweise homogene Suspension des Brennstoffes in den gasförmigen Medien entsteht. Die so gebildete Suspension wird dann kontinuierlich in Form eines oder mehrerer Strahlen in einen Vergasungsraum eingeleitet, in dem ein erhöhter Druck herrscht und in welchem die Temperatur oberhalb der Zündtemperatur der Suspension des festen Brennstoffes in dem Strom von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen liegt, so daß sich die Suspension schnell entzündet. Die Zone, in welcher die Zündung der Suspension und die exotherme Reaktion stattfindet, wird von einer im weseAtlichen in gleicher Richtung strömenden Hülle von Wasserdampf umgeben, der endotherm mit Kohlenstoff reagieren kann unter Bindung eines Gemisches von Kohlenoxyd und Wasserstoff. In dem Vergasungsraum wird also gleichzeitig eine zentrale Hochtemperaturzone, in der exotherme Reaktionen zwischen Sauerstoff und den festen Brennstoffteilchen stattfinden, und eine äußere Zone niedriger Temperatur aufrechterhalten, in den die Endothermreaktionen vor sich gehen. Der Reaktionsraum der Vergasungskammer ist funktionell in diese beiden Zonen unterteilt, nämlich die Primärzone oder die Zone der partiellen Oxydation, und die Zone, welche die Primärzone umgibt und in welcher Dampf oder Kohlensäure oder Gemische von beiden endotherm mit festem, fein verteiltem Brennstoff reagieren.
  • Bei der Vergasung von festen, fein verteilten Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen und Wasserdumpf entstehen primär nur Gase, welche praktisch frei von Kohlenwasserstoff sind. Die z. B. bei der Erhitzung von bituminösen Kohlen frei werdenden Kohlenwasserstoffe werden infolge der hohen Temperatur, welche in der genannten Primärzone der Vergasungskammer herrscht, vollständig zersetzt, so daß das erzeugte Gas praktisch frei von Kohlenwasserstoffen ist. Für viele Zwecke ist die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methan, in dem erzeugten brennbaren Gas von Vorteil, insbesondere wenn das Gas zur Beheizung von Schmelzöfen oder anderen Industrieöfen benutzt werden soll. Die Beheizung von Schmelzöfen und anderen Industrieöfen ist besonders günstig dann, wenn die Verbrennung des Heizgases mit einer stark leuchtenden Flamme vor sich geht. Gase, die frei von Kohlenwasserstoffen sind, bilden keine leuchtenden Flammen, und es ist daher notwendig, solche Gase vor ihrer Verbrennung mit Kohlenwasserstoffen zu versetzen, was beispielsweise durch das bekannte Carburieren des Gases erfolgen kann. Die Carburierung eines Gases., z. B. von Wassergas, ist aber ein unbequemer Vorgang, der außerdem den Preis des Gases wesentlich erhöht.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, methanhaltige Brenngase aus fein verteilten festen Brennstoffen beliebiger Art zu erzeugen, und zwar besteht die Erfindung darin, daß der fein verteilte Brennstoff in einem unter erhöhtem Druck stehenden Vergasungsraum mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas bei hoher Temperatur partiell oxydiert wird, und daß darauf der nicht umgesetzte Teil des Brennstoffes mit Wasserdampf zur Reaktion gebracht wird. so daß Kohlenoxyd und Wasserstoff entstehen, und @laß man (las Kohlenoxvd und Wasserstoff enthaltende Brenngas bei erhöhtem Druck mit Schwelkoks derart in Berührung bringt, daß sich das im Gas enthaltene Kohlenoxyd und der Wasserstoff ganz oder teilweise miteinander und gegebenenfalls mit dem Schwelkoks unter Bildung von i\-Ietlian umsetzen. Die Bildung von Methan aus Kohlenoxyd und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff und Wasserdampf ist an sich bekannt. Diese Reaktion geht vorteilhaft in denTemperaturbereich zwischen 50o und 80o° vor sich und erfordert einen erhöhten Druck. Zum Beispiel wird eine besonders hohe Ausbeute von Methan erhalten, wenn man den Druck während der Reaktion auf etwa 4o atü hält und die Temperatur auf etwa 70o° C.
  • Die Erfindung wendet zur Erzeugung von methanhaltigen Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen eine Einrichtung an, die irn wesentlichen aus einer Vergasungskammer und einer sich daran anschließenden Reaktionskammer besteht, in welcher die in der Vergasungskammer erzeugten Gase mit Schwelkoks in Berührung gebracht werden. Zwischen der Vergasungskammer und der Reaktionskammer können gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen werden, um die Temperatur der in der Vergasungskammer erzeugten Gase, welche Kohlenoxyd und Wasserstoff enthalten, auf die für die Reaktion mit dem Schwelkoks günstigste Temperatur abzukühlen. Beisl)ielsw-eise können diese Mittel aus einem Kühler bestehen. Man kann aber auch den aus der Vergasungskammer abziehenden Gasen kalte Gase, z. B. bereits behandeltes Gas oder Wasserdampf oder ein Gemisch beider beimischen, so daß ein Gemisch entsteht, das die gewünschte Temperatur und Zusaininensetzung besitzt.
  • Der Vergasungsraum und die mit ihm verbundene Reaktionskammer werden im wesentlichen unter dem gleichen erhöhten Druck betrieben. Dieser Druck und die Größe der Kammer (Reaktionsraum) hängt davon ab, wie hoch der Gehalt des fertigen Gases an Methan sein soll. Ein Druck von 8 bis 1o atü ist beispielsweise vorteilhaft, um ein Gas von etwa 8 bis 12% Methan zu erzeugen. Wird der Druck erhöht, so steigt auch der Gehalt des fertigen Gases an wertvollem -Methan; z. B. mag bei 4o atü ein Methangehalt von etwa 40% im erzeugten Gas erreicht werden.
  • Unter Schwelkoks wird in dieser Beschreibung und den Ansprüchen der Rückstand verstanden, der durch die bekannte trockene Destillation oder Entgasung von bituminösen Brennstoffen, wie Kohle, Braunkohle, Lignit, aber auch z. B. Holz od. dgl., entsteht und der ein stark reaktionsfähiger fester Brennstoff ist, der nur noch vergleichsweise geringe Mengen von brennbaren Gasen enthält.
  • Ein solcher Schwelkoks wird vorzugsweise durch Erhitzung von bituminösen Brennstoffen auf Temperaturen von etwa 450 bis 60o° C erzeugt.
  • Der fein verteilte festeBrennstoff, der verarbeitet werden soll, wird vorteilhaft so fein vermahlen, daß nur noch 1o bis 25% auf einem Sieb von 4900 Maschen je cm= zurückbleil>eil. Wenn man einen derartigen Brennstoff gemäß der Erfindung verarbeitet, werden etwa 95% des in dem Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffes in gasförmige Bestandteile umgewandelt.
  • Die Menge Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gases, das mit dem festen, fein verteilten Brennstoff in die Vergasungskarnmer : ingeführt wird, wird so bemessen, daß der feste Brennstoff partiell oxydiert wird. Dabei bildet sieh vornehmlich Kohlenoxyd, und der nicht vergaste Teil des festen Brennstoffes wird durch die stark exotherme Reaktion auf hohe Temperaturen erhitzt. Der restliche Brennstoff vermag daher leim Austritt aus der Primärzone, in welcher die partielle Oxydatioil vor sich geht, mit einem endotlierni reagierenden Vergasungsmittel, z. B. Wasserdampf, zu reagieren unter Bildung von weiterem Kohlenoxyd und Wasserstoff. Infolge des hohen Druckes, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Vergasungskammer angewendet wird, entstehen in der Primärzone so hohe Temperaturen, daß der in den Vergasungsraum einzuführende Wasserdampf nicht oder nur mäßig vorgewärmt zu werden braucht, beispielsweise auf Temperaturen zwischen .+0o und 60o° C.
  • In der Zeichnung ist schematisch eine zur Verwirklichung der Erfindung geeignete Einrichtung in einem senkrechten Schnitt dargestellt.
  • Die dargestellte Einrichtung ist bestimmt für die Vergasung von fein verteilten festen Brennstoffen, wie pulverisierte Kohle, Braunkohle, Lignit od. dgl. Der Brennstoff wird vorteilhaft so fein pulverisiert, daß er beim Absieben auf einem Sieb mit .I900 Maschen pro cni= nur einen Rückstand von io bis 25% hinterläßt.
  • Der zu verarbeitende fein verteilte feste Brennstoff wird in die Vorratsbunker 1, 2 eingefüllt, die nach der Füllung verschlossen .werden. Durch Transportschnecken, die in den Gehäusen 3, 4 angeordnet sind, wird der fein verteilte feste Brennstoff einer Mischeinrichtung 5 zugeleitet, welcher Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas durch die Rohrleitung 6 zugeführt wird. In der Mischeinrichtung 5 wird eine möglichst homogene Suspension (les fein verteilten festen Brennstoffes in dein zugeführten gasförmigen Medium hergestellt. Das Gemisch von Gas und festem Brennstoff wird durch ein wassergekühltes Rohr 7 in den Vergasungsraum 8 eingeleitet. Dieser wird gebildet von feuerfesten Wänden 9, die in einem drucksicheren Mantel io angeordnet sind. Die Vergasungskammer 8 erweitert sich von der Mündung des wassergekühlten Rohres 7 ab etwas. Um die Mündung des Rohres 7 ist eine ringförmige Öffnung i i vorgesehen, durch welche Wasserdampf in die Vergasungskammer 8 eingeleitet werden kann, und zwar derart, daß funktionell in der NTergasungskammer eine Primärzone 12 gebildet wird, in welcher der fein verteilte Brennstoff von dem Sauerstoff partiell oxydiert wird, und daß diese in der Zeichnung mit 12 bezeichnete Primärzone umgeben wird von einer strömenden Hülle von Wasserdampf, wie bei 13 angedeutet, die die `'Fände 9 der Vergasungskammer von der Primärzone 12, in welcher sehr hohe Temperaturen herrschen, isoliert. Dadurch wird verhindert, daß sich die hohe Temperatur der Primärzone 12 schädlich auf die Wände 9 auswirkt. Brennstoff, der in der Primärzone 12 nicht umgesetzt ist, muß, bevor er die Wände 9 erreicht, durch die Wasserdampfschicht 13 hindurchgehen, wo sich der Kohlenstoff endotherm mit Wasserdampf umsetzt und die Temperatur der Brennstoffteilchen unter den Schmelz- oder Erweichungspunkt der Brennstoffasche erniedrigt wird. Infolgedessen kann sich der Brennstoffrückstand nicht an der Oberfläche der Wände 9 festsetzen.
  • Der Wasserdampf wird durch die Rohrleitungen 14 zugeführt. Es ist unter Umständen möglich, den Wasserdampf vor Eintritt in den Vergasungsraum etwas vorzuerhitzen, beispielsweise auf Temperaturen zwischen 60o und 80o° C. Das kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß man dem Dampf heiße Verbrennungsgase beimischt, die in zusätzlichen Brennern 15 erzeugt werden, welche am oberen Teil des Vergasers vorgesehen sind.
  • Die Temperatur, welche die im wesentlichen aus Kohlenoxyd und Wasserstoff bestehenden Gase, die in der Vergasungskammer 8 gebildet worden sind, am Austritt aus der Kammer 8 haben, ist vergleichsweise hoch. Sie mag ioöo bis 12o6° C betragen.
  • Die Erfindung sieht daher vor, den Gasen beim Verlassen der Vergasungskammer 8 kaltes Gas und/oder Wasserdampf zuzusetzen, beispielsweise durch die Öffnung 16. Ferner wird vorteilhaft der untereTeil derVergasungskammer mit einem Kühlmantel 17 verbunden, der ebenfalls Wärme aus dem erzeugten heißen Gas aufnimmt und dessen Temperatur herabsetzt. Der bei der Vergasung in der Kampier 8 entstehende Rückstand, setzt sich teilweise am Boden 18 ab und kann von dort in einen Behälter i9 entfernt werden" in dem im wesentlichen der gleiche Druck wie in der Vergasungskammer 8 herrscht.
  • Das erzeugte Gas, dessen Temperatur etwa 8oo°C betragen mag, gelangt durch die Rohrleitung 20 in einen neben dem Vergaser 8 angeordneten Schacht 21, der aus feuerfestem Mauerwerk besteht, das ebenfalls in einem drucksicheren Mantel 22 angeordnet ist.
  • Der Schacht 21 ist mit Schwelkoks gefüllt, der aus dem Bunker 23 über einen Zwischenbehälter 24 zugeführt wird.
  • Am unteren Ende ist der Schacht 21 mit einer rohrartigen Verlängerung 25 versehen, die in einen erweiterten Raum 26 hineinragt. Die Füllung des Schachtes 21 bildet daher innerhalb der Erweiterung 26 freie Böschungen, wie bei 27 angedeutet. Das Gasrohr 2o mündet in den freien Raum oberhalb der Böschungen 27, und daher kann das durch die Rohrleitung 2o zuströmende Gas in die Füllung der Erweiterung 26 und des Schachtes 21 eintreten. Die Gase kommen dadurch in innige Berührung mit dem Schwelkoks, so daß sich das in ihnen enthaltene Kohlenoxyd und der Wasserstoff umsetzen. Der Arbeitsdruck im Schacht 21 ist im wesentliehen der leiche wie in der Vergasungskammer 8, vermindert' natürlich um den Druckverlust, den die Gase beim Durchströmen durch die Füllung des, Schachtes 21 erleiden.
  • Aus dem Schacht 21 werden die tnethanhaltigen Gase am oberen Ende durch die Rohrleitungen 28 abgezogen. Sie gelangen dann in einen Staubabsc'heider 29 und von dort durch die Rohrleitung 30 in einen Wascher 31. In den Apparaten 29 und 31 wird ebenfalls vorteilhaft ein hoher Druck aufrechterhalten, der die Abscheidung des Staubes und die Auswaschung des Gases wesentlich erleichtert. Das fertige Gas kann schließlich bei 32 abgezogen werden.
  • Dadurch, daß das aus der Vergasungskammer 8 durch die Rohrleitung 20 in den Reaktionsschacht 21 abziehende Gas noch eine gewisse Menge staubförmiger Anteile enthält, ist es unvermeidbar, daß sich staubförmige Anteile auf der Füllung des Schachtes 21 absetzen und die reaktionsfähige Oberfläche der Füllung verkleinern bzw. die Gaswege verlegen. Die Erfindung sieht daher vor, fortlaufend oder absatzweise aus dem Schacht 21 einen Teil der Füllung durch die Austrageeinrichtung 33 in ein Gefäß 3.4 abzuziehen.
  • Der Verbrauch an festem Kohlenstoff in dem Schacht 21 ist in der Regel sehr gering, weil praktisch nur die Reaktion 2 C O + 2 H, = C H4 -i- CO_, für die Methanbildung in Betracht kommt. Diese Reaktion wird durch den Schwelkoks lediglich katalytisch beschleunigt, ohne daß der Schwelkoks an der Reaktion teilnimmt. Es ist dadurch möglich, daß ein Teil des Schwelkokses gemäß der Reaktionsgleiche C -E- 2 H, = C H4 in Methan umgewandelt wird, so daß eine kleine Menge des Brennstoffes verbraucht wird.
  • Der aus dem Schacht 21 in den Behälter 3-4 abgezogene Brennstoff wird gegebenenfalls abgesiebt und von den staubförmigen Anteilen befreit, und er kann darauf wieder dem Vorratsbehälter 23 zugeführt werden, um ihn erneut zur Füllung des Schachtes 21 auszunutzen.
  • Der Schwelkoks wird in einer solchen Stückgröße angewandt, daß der Widerstand, den der Gasstrom in der Kokssäule 27 findet, nicht nachteilig groß ist. Gute Resultate wurden beispielsweise bei einem Schwelkoks erzielt, der eine Stückgröße von 3 bis 1o mm hatte. jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Bei einer solchen Stückgröße ist der Brennstoff in der Regel in Ruhe und wird also durch den Gasstrom nicht wesentlich bewegt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen durch Vergasen von fein verteilten festen Brennstoffen in der Schwebe mit Sauerstoff und mit endotherm mit Kohlenstoff bei erhöhter Temperatur reagierenden gasförmigen Mitteln, wobei das erzeugte Gas mit einem die Bildung von '-\Ietltan be- schleunigenden Katalysator in Berührung ge- bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der tein verteilte Brennstoff mit Sauerstoff unter erhöhten Druck, aber bei einer Temperatur unterhalb derZündtennperatttr gemischt und das Gemisch kontinuierlich in eine auf erhöhter Temperatur gehaltene druckfeste Reaktions- kammer eingeblasen und dort ohne wesentliche Änderung des Druckes gezündet und zur Reak- tion gebracht wird, wobei in den Raum zwischen der Zone exothermer Reaktion und der Wand der Reaktionskammer ein unter er- höhtem Druck stehendes. endotllerm mit Kohlen- stoff reagierendes Mittel eingeleitet wird, und daß die so erzeugten. Kohlenoxyd und Wasser- stoff enthaltenden Gase anschließend bei er- höhtem Druck mit SchNvelkoks in Berührung gebracht werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß <las durch Vergasung des festen Brennstoffes bei Überdruck erzeugte Gas ohne wesentliche Druckänderung mit Schwel- koks in Berührung gebracht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, claß das durch Vergasung des festen Brennstoffes erzeugte Gas vor der Be- rührung mit Schwelkoks auf eine Temperatur zwischen 5oo und 8oo° C ohne wesentliche Druckänderung abgekühlt wird. .4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Gases durch Zusatz von gekühltem, bereits behan- deltem Gas erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet. claß der Schwelkoks in stückiger Form angewandt wird. derart. daß der Schwel- koks durch die durch ihn durchströmenden Gase im wesentlichen nicht bewegt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Schwelkoks eine Korn- größe von 3 bis 1o mm hat. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet" claß das Gas durch eine nach unten wandernde Säule des Schwelkokses strömt, von der unten Anteile abgezogen und nach Ent- fernung des Staubes gegebenenfalls wieder oben auf die S;iule aufgegeben werden. B. Verfahren nach Anspruch i und 7, dadurch gekennzeichnet. daß sich Gas und Schwelkoks im Gegenstrom zueinander bewegen. 9. Verfahren nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Gases durch Zusatz von Wasserdampf erfolgt. Io. Einrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Reaktionskammer, in welcher die Vergasung des festen Brennstoffes erfolgt, mit einem schachtartigen Behälter ver- bunden ist. der Schwelkoks enthält.
DEK913A 1948-12-07 1949-12-08 Erzeugung von methanhaltigen brennbaren Gasen aus fein verteilten festen Brennstoffen Expired DE833836C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1168932B (de) * 1960-03-10 1964-04-30 Siemens Ag Regeleinrichtung fuer mit einem Strom feinkoerniger Masseteilchen als Waermetraeger arbeitende Waermeaustauschanlage

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1168932B (de) * 1960-03-10 1964-04-30 Siemens Ag Regeleinrichtung fuer mit einem Strom feinkoerniger Masseteilchen als Waermetraeger arbeitende Waermeaustauschanlage

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