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Verfahren zur Erzeugung von wertvollen, brennbaren Gasen aus Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf dieRrzeugung von brennbaren Gasen, insbesondere Gasen
von höhem Heizwert, die auch als Stadtgas benutzt werden können, oder von Wassergas
mit einem hohen Gehalt an Kohlenoxyd und Wasserstoff für die Zwecke der Synthese
von Kohlenwasserstoffen od. dgl., durch destruktive Umsetzung von Kdhlenwasserstoffe.n,
z. B. Erdöl oder Erdöldestillaten bzw. -rückständen, Teer oder Teerdestillaten u.
dgl.
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Es ist bekannt, brennbare Gase z. B. aus Braunkohlenteerölen dadurch
zu erzeugen, daß man das Kohlenwasserstofföl in feiner Verteilung, etwa dadurch,
daß man es aus einer Düse unter Druck ausspritzt, mit heißen feuerfesten Körpern
(Gitterwerk) in Berührung bringt. Das Köhlenwasserstofföl erfährt dabei eine pyrogene
Zersetzung, durch die permanente Gase entstehen. Dieses bekannte Verfahren bat den
Vorteil, daß es ein Gas von sehr hohem Heizwert (Sooo 'lzcal/Nm3 oder höher) liefert.
Sein Nachteil liegt darin, daß ein sehr großer Anteil des Ausgangsbrennstoffes,
etwa _1..5 °/o, in Form von hochmolekularen Kohlenwasserstoff en (Teer und Pech)
sowie Benzol neben einer beträchtlichen Menge von elementarem Kohlenstoff anfällt.
Die Gasausbeute ist daher bei diesem Verfahren relativ gering, und es entsteht pro
Kilo-W cr amm flüssigem Ausgan, gsbrennstoff nur etwa o,6 Nm3 Gas.
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Bekannt i,st ferner die Erzeugung von brennbaren Gasen aus flüssigen
Brennstoffen durch das sogenannte Karburieren von Wassergas. Bei diesem Verfahren
findet ebenfalls die Zersetzung des
Kohlenwasserstofföls an heißen
Wandflächen statt, jedoch in Anwesenheit von Wasserdampf. Hierdurch wird die Gasausbeute
beträchtlich erhöht bzw. der Anfall von teerigen Rückständen vermindert, so daß
man etwa 70,bis 75 % des flüssigen Ausgangsbrennstoffs in brennbare Gase umwandelt.
Man erhält auf diese Weise ein Gemisch von Wassergas und Zersetzungsgas, dessen
Heizwert etwa zwischen 250o und 3700 kcal/m3 schwankt, je nach der Menge
des verarbeiteten flüssigen Brennstoffs und nach der Art der Reaktion, die .vorgenommen
wird.
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Ein weiterer Fortschritt ergab sich dadurch, daß man die Zersetzung
des flüssigen BTennstoffs in Gegenwart von vorerhitztem Wasserdampf vornahm, der
in regenerativen Wärmespeichern vorgenommen wurde, wobei man die Reaktionstemperatur
d'urc'h gleichzeitigen Zusatz einer gewissen Menge Luft so weit erhöhte, d'aß der
.sich ab= scheidende elementare Kohlenstoff vollständig in gasförmige Bestandteile
.umgewandelt wurde, teils durch Reaktion- mit dem Sauerstoff, teiils durch Reaktion
mit dem vorerhitzten Was serdfampf. Auf diese Weise läßt sich etwa 85 bis 9o 1/o
des flüssigen Ausgangsbrennstoffs in Gas umwandeln, jedoch enthält das anfallende
Nutzgas eine erhebliche Menge Stickstoff, so daß es praktisch nur fwr gewisse Beheizungsizwecke
in Betracht kommen kann.
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Die Erfindung löst nun. die Aufgabe, aus flüssigen Brennstoffen .ein
Brenngas von hohem Heizwert, .das praktisch frei von Stickstoff sein kann, zu erzeugen,
auf folgende Weise: Zur Umwandlung des flüssigen (Brennstoffs in Gas verwendet die
Erfindung ein an sich bekanntes, mit wechselnder Strömungsrichtung betriebenes Regeneratorsystem,
das zwei Wärmespeicher zum abwechselnden Aufheizen der Reaktionsmeidien (Wasserdampf
od. dgl.), im folgenden kürz Vorwärmespeicher genannt, und einen dazwischen angeordneten
Rea'ktionsnaum hat, in welchen die vorgewärmten: Reaktionsmedien und' der zu vergasende
Brennstoff eingeleitet werden.
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Gemäß der Erfindung wird nun dem heißen Gemisch aus Brennstoff und
den regenerativ vorgewärmten Reaktionsmedien weitere Wärme zur Vervollständigung
der Umsetzung zugeführt.
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Dlurch diese zusätzliche Zufuhr von, Wärme wird die Temperatur des
Gemisches gesteigert und in jenen Bereich gehoben', der für die vollständige oder
annähernd vollständige Durchführung der beabsichtigten Umsetzungen notwendig ist.
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Die Zufuhr zusätzlicher Wärme zu ,dem heißen Brennstoff-Wasserdampf-Gemisch
geschieht bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
durch Wärmeaustausch des heißen Gasgemisches mit dem erhitzten Besatz mindestens
eines zwischen den Vorwärmespeichern angeordneten zusätzlichen Wärmespeichers (Reaktionswärmespeicher).
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Im einzelnen wird das Verfahren gemäß der Erfindung so ausgeführt,
daß nach Abkühlung des Reaktionswärmespeichers durch Iden Vorwärmespeicher, in dem
in der vorhergehenden Betriebsperiode der Wasserdampf vorerhitzt wurde, ohne Wechsel
dien Strömungsrichtung Luft an Stelle von Dampf geleitet und die vorerhitzte Luft
in. einer zwischen dem Vorwärmespeicher und dem daran angrenzenden Reaktionswärmespeicher
angeordneten, Verbrennungskammer mit einer Teilmenge des flüssigen Brennstoffs verbrannt
wird, worauf die heißen Verbrennungsgase durch das Regeneratorsystem so lange geleitet
werden, bis der andere Teil desselben die für die Aufhaizung der Reaktionsmedien
erforderliche Temperatur erreicht hat und die @Strömu.ngs,richtung in dem Regeneratorsys.tem
gewechselt und wieder Wasserdampf eingeleitet werden kann.
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B'ei Anwendung des Verfahrens gemäß der ,Erfind'ung erzielt man eine
sehr hohe Gasausbeute, da nur etwa 3 bis 6% teerige Bestandteile ,aus dem Ausgangsbrennstoff
entstehen bzw. urzersetzt bleiben. Diese hohe Gasausbeute ergibt sich dadurch, daß
der Realctionsraum oder -wärmespeicher, in welchem der feinverteilte flüssige Brennstoff
mit vorerhitztem Wasserdampf in Berührung kommt, auf einer hohen Temperatur gehalten
wird, die eine praktisch vollständige Umsetzung bis auf den angegebenen Rest ohne
wesentliche Bildung von elementarem Kählenstoff gewährleistet.
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In der Zeichnung ist schematisch eine zur Anwendung der Erfindung
geeignete Anlage dargestellt. Die Anlage besteht aus den beiden Vorwärmespeichern
1, 2 und dem Reaktionswärmespeicher 3. Am oberen Ende bzw. im KuppeIraum der Wärmespeicher
i und 2 ist je eine Verbrennungskammer 4, 5 vorgesehen, in welche bei 6 bzw. 7 ein
unter erhöhtem Druck -stehender, flüssiger Brennstoff durch eine Düse so eingespritzt
werden kann, d'aß sich der Brennstoff in den Verbrennungskammern fein verteilt.
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Von den Verbrennungskammern 4 bzw. 5 führt je eine Rohrleitung 16
in, den Reaktionswärmespeicher 3,, der durch eine-Zwischenwand 17 in einen auf-
und einen absteigenden Ast unterteilt ist. An der Decke des Reaktionswärmespeichers
3 ist bei 8 bzw. 9 je eine Einspritzdüse od. dgl. für flüssigen Brennstoff vorgesehen,
die aus der Zuleitung io über ein Umstellventil i I gespeist wird.
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Es sei nun angenommen, daß der Vorwärmespeicher i in einer vorhergehenden
Betriebsperiode auf eine hohe Temperatur aufgeheizt worden ist und ebenso der Reaktionswärmespeicher
3. Man leitet dann in den Vorwärmespeicher i unten durch die Rohrleitung 12 Wasserdampf
ein, der sich beim Aufwärtsströmen an dem heißen Besatz des Vorwärmespeichers i
erhitzt und schließlich in dem linken Kuppelraum des Reaktionswärmespeichers 3 mit
dem durch die Düse 9 eingespritzten flüssigen Brennstoff in Berührung kommt. Im
Reaktionswärmespeicher'herrscht eine sehr hohe Temperatur, z. B. etwa 1:25-o° bei
der Herstellung von praktisch kohlenwasserstofffreiem Wassergas und beispielsweise
105o° bei der Herstellung von Stadtgas mit einem Heizwert von 400o kcal/m3.
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Blei dieser hohen Temperatur setzt sich das Kohlenwasserstofföl bis
auf einen .geringen Rückstand vollständig in gasförmige Bestandteile um.
Diese
Reaktion findet im wesentlichen in allen Zonen des @@'ärmespeichers 3 statt.
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Die Reaktionsmedien ziehen dann durch die Rohrleitung 16 in den rechten
Vorwarmespeicher 2, der in einer vorhergeehenden Betriebsperiode abge@ü'hlt wurde
und der nun in dieser Betrie@bsperiode die fühlbar; Wärme aus den Reaktionsmedien
aufnimmt und speichert. @Das Nutzgas wird bei 15 aus dem Vorwärmespeicher 2 abgezogen.
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Sobald die Temperatur des im Vorwärmespeicher i vorerhitzten Wasserdampfes
bzw. die Temperatur im Reaktionswärmespeicher.3 so weit gesunken ist, daß eine weitgehende
Zerlegung des Kohlenwasserstofföls nicht mehr eintritt, wird die Zufuhr von Kohlenwasserstofföl
bei io und die Wasserdampfzuführung bei: 12 unterbrochen. Es wird dann durch die
Rohrleitung 13 Luft in den Vorwärmespeicher i eingeleitet und gleichzeitig durch
die Düse 6 etwas flüssiger Brennstoff in den Kuppelraum :l. eingespritzt. Der flüssige
Brennstoff verbrennt mit der in den Kuppelrauin d. einströmenden Heißluft. Die entstehenden
Abgase von sehr hoher Temperatur werden durch den Reaktionswärmespeicher 3 geleitet
und ziehen dann durch den Vorwärmespeicher 2 in den Fuchs 14 ab. Durch diese Maßnahme
wird also der Reaktionswärinespeicher 3 wieder auf die gewünschte hohe Temperatur
gebracht und gleichzeitig in dem Gitterwerk des '#"orwärmespeichers 2 so viel Wärme
gespeichert, wie zur Vorerhitzung des Reaktionswasserdampfes in der nächsten Betriebsperiode
notwendig ist.
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Nach Erreichen der gewünschten Temperaturen in den Regeneratoren 2
und 3 wird das Regeneratorsystem reversiert. Es wird jetzt zunächst Wasserdampf
in den Vorwärmespeicher 2 eingeleitet und flüssiger Brennstoff durch die Düse S
in den rechten Kuppelraum des Reaktionswärmespeichers 3 eingespritzt. Das entstehende
Nutzgas gibt seine fühlbare Wärme an den Vorwärinespeicher i ab und wird aus ihm
bei 15 abgezogen. Sobald dieTemperatur in den Vorwärrnespeidhern 2 und 3 zu stark
abgesunken ist, wird die Dampfzufuhr in den Vorwärmespeicher 2 und die Brennstoffeinspritzung
durch die 'Düse 8 abgestellt und, wie im vorstehenden für den Vorwärmespeicher i
beschrieben, eine Verbrennung in dem Kuppelraum 5 des Vorwärmespeichers 2 hervorgerufen.
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In Sonderfällen ist -es möglich, während des Einleitens von Wasserdampf
etwas Luft, reinen Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt, sei es zusammen
mit dem Wasserdampf, in den Vorwärmespeicher i bzw. 2 einzuleiten, sei es für sich,
mit einer gewissen Menge Öl durch die Düsen 6 bzw. 7. Durch diese Maßnahme ergibt
sich eine weitere vorteilhafte Steigerung der Temperatur im Reäktionswärmespeicher
3. Die Einführung von Sauerstoff mit oder ohne flüssigen Brennstoff hat ferner den
Vorteil, daß man nie Wechselperioden des Regeneratorsy stems verlängern, unter Umständen
das ganze System sogar kontinuierlich betreiben kann, je nach der zulässigen Zusammensetzung
des Nutzgases.