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Verfahren zur Erzeugung von wertvollen, brennbaren Gasen aus Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von wertvollen, brennbaren Gasen, die
Wasserstoff und Kohlenoxyd, gegebenenfalls auch Kohlenwasserstofe enthalten, insbesondere
also brennbare Gase von den physikalischen Eia nschaften -des sogenann:ten Stadtgases"das
für die Beheizung und Beleuchtung benutzt wird und durch .das für das bekannte Koleerei-
oder Leuchtgas bestimmte Rchrleitungsnetz und- die sonstigen Verteiler- und Zuführungseinrichtungen
zu transportieren ist.
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,Gemäß dem Patent 864 3:07 wird :das wertvolle Gas d'urch Umsetzung
von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff und Wasserdampf (Reaktionsmitteln) unter
Verwendung eines mit wechselnder Strömungsrichtung betriebenen Regenerator-Systems,
das, mindestens zwei Regeneratoren (Vorwärmespeicher) zum abwechselnden Vorwärmen
der Reaktionsmittel umfaßt, in der Weise erzeugt, daß dem heißen Gemisch aus Kohlenwasserstoffen
und vorgewärmten Reaktionsmitteln weitere Wärme zur Vervollständiigung der Umsetzung
zugeführt wird.
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Bei dem Verfahren gemäß dem Patent 864307
wird die Erzeugung
wertvoller Gase durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf durch Perioden
unterbrochen, i,n denen die Aufh ei,zung der Vorwärmespeicher,durch Verbrennung
eines flüssigen Brennstoffes mit Luft durchgeführt wund. Die Erfindung erweitert
das Verfahren nach dem Patent 81,54 3b.7 unter Benutzung der Grunderfindung
dahingehend-,
daß der eigentliche Gaserzeugurgsprozeß praktisch kontinuierlich durchgeführt werden
kann.
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Als flüssige Brennstoffe kommen für d!ie Verwendung in dem erfindungsgemäßen
Verfahren hauptsächlich Erdöl oder Erdöldestillate in Betracht, ferner auch Steinkohlenteer
oder gewisse Fraktionen. des Steinkohlenteers, Braunkohlenteer, Schwelteer od. dgl.
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Gegebenenfalls kommen auch ;gewisse gasförmige Brennstoffe als Ausgangsstoffe
für das erfindungsgemäße Verfahren in Betracht, wie z. B. Erdgas, Restgas aus der
Synthese von Koh@lenwasserstoffen, Restgas aus Krackanlagen, Schwelgas und, ähnliche
Gase bzw. Dämpfe von hohem Heizwert.
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Der allgemeine ErfindurigsgedaTike wird vorteilhaft in der Weise verwirklicht,
daß die zuzufahrende Wärme iduröh eine exotherme Reaktion erzeugt wird:, die gleichzeitig
mit der Umsetzung der Kohlenwasserstoffe im Reaktilomraum abläuft. Dieser Erfindungsgedanke
kann beispielsweise so verwirklicht werden, daß man einen. Teil der in dem heißen
Gemisch aus Brennstoff und vorgewärmten Reaktionsmitteln enthaltenen Kohlenwasserstoffe
mit Sauerstoff, der in den Reaktionsraum entweder unmittelbar oder zusammen mit
dem Wasserdampf oder Üen sonstigen Reaktionsmitteln nachDurchströmen der Vorwärmeregeneratoren
eingeblasen wird, in exothermer Reaktion umsetzt. Durch die dem Reaktionsgemisch
infolge der exothermen Reaktion zusätzlich zugeführte Wärme verläuft -die Umsetzung
des- Brennstoffes im Reaktionsraum praktisch vollständig.
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Es ergibt sich dabei der Vorteil, daß- das im Patent 8e64 307 vorgesehene
mittlere Regeneratorsystem (Reaktiongwärmespeicher) fortfallen kann und gegebenenfalls
auch die Vorwärmeregeneratoren beträchtlich 'kleiner ausgeführt werden können. Die
Strömungsrichtung der- Reaktionsmittel wird dabei nach Maßgabe der Temperaturveränderung
in den Regeneratoren gewechselt.
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Ein weiterer Vorteil des gemäß der Erfindung ausgeführten Gaserzeugungsverfa#hrens
besteht darin, daß die Nutzgaserzeugung praktisch kontinuierlich erfolgt; indem
sie lediglich während der kurzen, von der Bauart der dem Regenerativsystem zugehörigenW@echseleinrichtung
abhängigen Pausen unterbrochen werden muß.
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Schließlich bringt das erfindungsgemäße Verfahren noch den Vorteil,
daß die unter Umständen zu einer Beschädigung der Wärmespeicher führenden Ablagerungen
von elementarem Kohlenstoff verhindert werden, da der bei der Reaktion anwesende
elementare Sauerstoff und der hocherhitzte Wasserdampf den entstehenden freien Kohlenstoff
vollständig binden.
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Man kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das Verfahren auch
so ausführen, daß man den flüssigen, gegebenenfalls auch gasförmigen Brennstoff
zusammen mit Sauerstoff, gegebenenfalls einer Teilmenge des für die Umsetzung benötigten
Sauerstoffes, in den Reaktionsraum einspritzt, wobei der Sauerstoff von "seiner
Reaktion noch zur mechanischen Arbeitsleistung zwecks Zerstäubung bzw. Feinaufteilung
des Brennstoffes herangezogen wird. Durch die Feinaufteilung des Brennstoffes, die
aber auch durch Einspritzen unter Druck durch geeignet geformte Düsen herbeigeführt
werden kann, ergibt sich ein günstigerer Ablauf der Zersetzungsreaktion in der Reaktionskammer.
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Es ist unter Umständen zweckmäßig, dem Sauerstoff .eine gewisse Menge
Wasserdampf beizufügen, der bei der exothermen Reaktion hocherhitzt wird und die
vollständige Umsetzung unterstützt. Gegebenenfalls kann das Sauerstoff-Wasserd:ampf-Gemisch
auch vorerhitzt wenden.
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Eine bevorzugte Einrichtung, nach der das Verfahren durchgeführt werden
kann, ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Die dargestellte Einrichtung umfaßt die beiden turmartigen Regeneratoren
i, z, !die in bekannter Weise mit einem feuerfesten Gitterwerk od. dgl. ausgesetzt
sind, das zur Wärmespeicherung dient. Der Gitterwerksraum der Regeneratoren geht
nach oben in freie Kuppelräume 3, 4 über, die miteinander durch eine weite Rohrleitung
17 verbunden sind.
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In die KUPpelräume 3 bzw. 4 münden eine oder mehrere düsenförmige
Eintritte 5 bzw. 7. Die Eintrittsöffnungen 5 und 7 sind so ausgeführt, daß beispielsweise
ein flüssiger Brennstoff, wie etwa hochsiedender Erdölrückstand, unter erhöhtem
Druck durch die Düsen gepreßt und dabei innerhalb der Kuppelräume 3, 4 in einen
Nebel feiner Tröpfchen verwandelt werden kann. Die Absperr- und Regelorgane 6, 8
dienen zur Kontrolle des durch die Düsen 5, 7 geleiteten Flüssigkeitsstromes.
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Am unteren Ende .der Regeneratoren i isst das Nutzgasrohr i8 angeschlossen,
an welches sich ein Dampfkessel 9 anschließt, aus dem -das abgekühlte Nutzgas durch
die von einem Absperrschieber ii beherrschte Rohrleitung i9 zur Nutzgassammeileitung
2o strömen kann.
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,In entsprechender Weise steht der Regenorator 2 durch (die Leitung
21 über den Dampfkessel ao und die von dem Schieber 12 beherrschte Rohrleitung 22
mit der Nutzgass,ammelleitung 2o in Verbindung.
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Am unteren Erde der Regenoratoren i, o mündet ferner das von den Absperrorganen
15, 16 beherrschte Zuleitungsrohr 23 für die Vergasunigsmedien. Dem Rohr 23 wird
Wasserdampf aus der Rohrleitung 13 und Sauerstoff aus der Rohrleitung 14. in regelbaren
Mengen zugeführt.
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Es sei angenommen, daß der Regenorator i auf diejenige Temperatur
vorerhitzt ist, die zu der gewünschten Vorwärmung der Vergasungsmedien erforderlich
ist.
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In diesem Betriebszustand ist der Absperrschieber ii geschlossen und
der Absperrschieber ii2 offen. Ferner ist der Absperrschieber 15 in der Zuleitung
für die Vergasungsmedien offen und der Absperrschieber 16 geschlossen. Die kalten
Vergasungsmittel strömen jetzt in den Regenorator i unten ein und steigen in ihm
aufwärts, wobei sie
durch Berührung mit dem vorerhitzten Regeneratorbesatz
sich erwärmen. Durch die Düsenöffnung 5 wird nun nach entsprechender Einstellung
des Regulierorgans 6 flüssiger Brennstoff in den Kuppelraum 3 eingespritzt. .Der
Brennstoff setzt sich mit den Vergasungsmitteln um. .Die heißen Reaktionsprodukte
strömen im Regenerator 2 abwärts und geben dort einen Teil ihrer fühlbaren Wärme
an den Besatz des Regenerators 2 ab. Eine %veitere Abkühlung des Nutzgases erfolgt
im Dampfkessel io. Das gekühlte Nutzgas geht dann durch die Rohrleitung 22 in die
Nutzgassammelleitung 2o zur weiteren Behandlung und Verwendung.
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Nachdem die Temperatur im Regenerator i unter den für die Vorwärmung
der Vergasungsmittel erforderlichen Wert gesunken ist, werden die Absperrschieber
15 und 12 und das Brennstoffventil 6 in sinngemäßer Reihenfolge geschlossen. Darauf
werden die Absperrschieber i i und 16 und das Brennstoffventi18 in entsprechender
Reihenfolge geöffnet, so daß nunmehr die Vergasungsmittel im Regenerator 2 erwärmt
werden und die heißen Reaktionsprodukte. ihre fühlbare Wärme im Regenerator i und
Dampfkessel 9 abgeben.
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Nach Abkühlung des Regenerators 2 wiederholt sich der entsprechende
Vorgang durch Umschalten, worauf nunmehr wieder der Regenerator i zur Vorwärmung
der Vergasungsmittel dient.
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In der dargestellten Einrichtung wurde beispielsweise ein gasförmiger
Brennstoff verarbeitet, der das Restgas aus einer Ölraffinerie darstellt und im
wesentlichen aus gasförmigen Kohlenwasserstoffeh der Methan-, 4than-, Propan- und
Butanreihe bestand. Dieses Gas hat einen unteren Heizwert von 17 80o kcal je Normalkubikmeter.
Je Normalkubikmeter dieses Restgases wurden 1,5 m3 Sauerstoff (95%ig) und 1,05 kg
Wasserdampf angewandt.
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Es entstand ein Nutzgas folgender Zusammensetzung
| C02 . . . . . . . . 4,20/0- |
| C0 . . . . . . . . . 36,70/u |
| H2 . . . . . . . . . 56,9% |
| Ng ......... 1,3°/a |
| C.114 . . . . . . . . 0,6°/0 |
| C,' H', ....... 0,2% |
| H2 S . . . . . . . . o, i 0/0 |
wobei aus i Nms Ausgangsgas etwa 5,75 Nm3 dieses Wassergases erzeugt wurde.
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Die Reaktionstemperatur in den Kuppelräumen 1,4 betrug etwa 130o bis
id.oo°, während die Vergasungsmittel in den Regeneratoren i bzw. 2 auf etwa iooo°
vorgewärmt wurden.
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Unter Sauerstoff wird im Rahmen der Erfindung sowohl reiner Sauerstoff
als auch Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt verstanden. Vorteilhaft arbeitet man
mit einem sauerstoffhaltigen Gas, das etwa 85 bis 95% 02 enthält.