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Verfahren zur Herstellung von Ruß Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Kohlenstoff, der gewöhnlich als Ruß bezeichnet
wird.
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Ruß wird im allgemeinen hergestellt durch Verbrennen eines flüssigen
oder gasförmigen Kohlenwasserstoffes in einer beschränkten Menge Luft, so daß sich
nur ein Teil des in dem Kohlenwasserstoff enthaltenen Kohlenstoffes mit Sauerstoff
verbindet, während der Rest des Kohlenstoffes als elementarer Kohlenstoff in feinteiliger
Form zurückbleibt. Gleichzeitig verbindet sich der aus dem Kohlenwasserstoff frei
gemachte Wasserstoff teilweise mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser. Bei dem
sog. Kanalverfahren (Channel-Prozeß) wird Erdgas mit leuchtender Flamme verbrannt,
worauf man die heißen Gase auf eine gekühlte Metallfläche aufprallen läßt, auf der
der Kohlenstoff abgelagert und von der er fortlaufend durch Abstreifen entfernt
wird. Diese Arbeitsweise ergibt eine sehr geringe Ausbeute an Kohlenstoff und ermöglicht
keine wirksame Ausnutzung der Verbrennungswärme. In der Praxis wird die Wärme aus
der Luft, die die Metallflächen kühlt, gewöhnlich überhaupt nicht wiedergewonnen.
Außerdem sind große Eisenmengen erforderlich, um die kühlenden Metallflächen zu
schaffen, und das Abstreifen erfordert eine mechanische Einrichtung, die erhalten
und gepflegt werden muß. Ein anderes übliches Verfahren ist das sog. Ofenverfahren
(Furnace-Prozeß), bei dem der Kohlenwasserstoff in einem geschlossenen, mit feuerfestem
Material ausgelegten Raum mit einer bemessenen Luftmenge verbrannt wird und
die
entstehenden heißen Gase unmittelbar in eine Abkühlungskammer geleitet werden, wo
sie durch Einsprühen von Wasser zwecks Beendigung der Verbrennung gekühlt werden.
Die feinteiligen Kohlenstoff enthaltenden gekühlten Gase werden dann einer elektrischen
Behandlung unterworfen, um die Teilchen zu koagulieren, die dann durch Hindurchleiten
der Gase durch Zyklonabscheider gewonnen werden. Das Verdampfen von eingesprühtem
Wasser in dem Abschreckraum kühlt die Gase so stark, daß eine wirtschaftliche Gewinnung
von Wärme aus den Abgasen gewöhnlich nicht möglich ist.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß, das das
Abstreifen und andere Nachteile des Kanalverfahrens sowie auch die elektrische Koagulation
des Ofenverfahrens vermeidet und außerdem eine wirksame Verwertung der in den heißen
Verbrennungsgasen enthaltenen Wärme ermöglicht.
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Nach der Erfindung wird Ruß hergestellt in einem Verfahren, das durch
folgende Arbeitsstufen gekennzeichnet ist: Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen
Materials in an sich bekannter Weise in einer beschränkten Luftmenge, neuartiges
Ab-
kühlender Verbrennungsprodukte, indem man diese mit einem feinteiligen,
inerten, festen Stoff in Berührung bringt, der seinerseits durch ein Medium gekühlt
wird, das mit den genanntenVerbrennungsprodukten nicht in Berührung kommt, und an
sich bekanntes Abtrennen des Rußes von den übrigen gasförmigen Verbrennungsprodukten,
nachdem diese so gekühlt worden sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung liegt der genannte feinteilige, inerte, feste Stoff in -der Form eines
im Schwebezustand befindlichen Bettes vor und werden die Verbrennungsprodukte gekühlt,
indem man sie durch dieses Bett hindurchfährt.
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In der Beschreibung und in den Ansprüchen bedeuten die Ausdrücke »ein
im Schwebezustand gehaltenes Bett von feinteiligem, inertem, festem Stoff« oder
einfach »schwebendes Bett« eine Schicht aus feinteiligem, inertem, festem Material,
in dem die Teilchen des festen Stoffes durch Gase, die durch das Bett hindurchgeführt
werden, dauernd in bewegtem oder wallendem Zustand gehalten: werden. Der Ausdruck
inert bedeutet unempfindlich gegen chemischen Angriff unter den Bedingungen, denen
das Material bei dem vorliegenden Verfahren unterworfen wird. Der Ausdruck beschränkte
Menge Luft bedeutet eine Menge Luft, die zur vollständigen Verbrennung des zu verbrennenden
kohlenstoffhaltigen Materials nicht ausreicht, also eine Menge Luft, die noch die
Bildung einer leuchtenden Flamme ermöglicht. Der Ausdruck kohlenstoffhaltiges Material
bedeutet jede Flüssigkeit oder zu verflüssigende oder gasförmige Stoffe, die Kohlenstoff
im Molekül enthalten und mit einer beschränkten Menge Luft unter Bildung von feinteiligem
Kohlenstoff verbrannt werden können, sowie auch Gemische solcher Stoffe.
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Es ist klar, daß der feinteilige, inerte, feste Stoff, der als Kühlungsmittel
für die heißen Gase dient, ob er in Form eines schwebend gehaltenen Bettes oder
in anderer Weise verwendet wird, zur Beendigung der Verbrennung dient. Im Gegensatz
zu den vorbekannten Verfahren, bei denen die Verbrennung durch eine gekühlte Metallfläche
oder eingesprühtes Wasser beendet wird, geht die den heißen Gasen durch den feinteiligen,
inerten, festen Stoff gemäß vorliegender Erfindung entzogene Wärme nicht verloren,
sondern geht auf das Medium über, mit dem der genannte feste -Stoff seinerseits
gekühlt wird, und kann so mit Vorteil verwertet werden. Wenn man z. B. ein schwebendes
Bett anwendet, kann die Kühlung des schwebenden Bettes durch in dieses eintauchende
Rohre bewirkt werden, die als Wassererhitzungsrohre einer Dampfgewinnungsanlage
oder als Dampfüberhitzungsrohre dienen können. Man kann auch ein Öl oder eine andere
Flüssigkeit oder ein gasförmiges Wärmeübertragungsmittel durch die in dem schwebenden
Bett eingebetteten Rohre hindurchleiten.und dann das heiße Öl oder die sonstige
Flüssigkeit bzw. das Gas einer anderen Apparatur zuführen. Es ist weiterhin möglich,
ein Reaktionsgemisch einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, indem man dieses durch
in dem schwebenden Bett angeordnete Rohre leitet.
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Nach einer anderen Ausführungsform kann der feinteilige, inerte, feste
Stoff, der zur Kühlung der Verbrennungsprodukte verwendet wird, fortlaufend aus
dem Raum, in dem die Kühlung stattfindet, entfernt und in einen anderen Raum eingeführt
werden, in dem er seinerseits entweder durch direkte oder durch indirekte Berührung
mit einem Kühlmedium abgekühlt wird. So kann der feste Stoff eines schwebenden Bettes
kontinuierlich aus dem schwebenden Bett abgeführt und wieder in dieses zurückgeleitet
werden, nachdem er durch einen äußeren Wärmeaustauscher oder durch eine Kammer hindurchgeleitet
worden ist, in der er seine Hitze abgibt, z. B. an Kohlenwasserstoffdämpfe oder
Wasserdampf durch direkte Berührung.
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Im Vergleich zu den früheren Arbeitsweisen der Gewinnung von Wärme
aus den Verbrennungsprodukten besitzt das vorliegende Verfahren einen viel größeren
thermischen Wirkungsgrad, da die durch den feinteiligen, inerten, festen Stoff absorbierte
Wärme praktisch ohne Verlust und mit hohem Wärmeübertragungswert je Flächeneinheit
direkt auf eine Wärmeübertragungsflüssigkeit oder einen anderen Stoff übertragen
wird, mit Hilfe dessen die Wärme auf vielfache Weise verwertet werden kann. Weiterhin
kann nach dem vorliegenden Verfahren der Grad der Abkühlung durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit
der Wärmeübertragungsflüssigkeit genau geregelt werden. Das vorliegende Wärmewiedergewinnungsverfahren
wird bei verhältnismäßig hoher Temperatur durchgeführt und hat infolgedessen einen
hohen thermischen Wirkungsgrad. Dies steht im Gegensatz zu dem niedrigen Temperaturniveau
bei der Wärmegewinnung im Ofenprozeß mit seinem niedrigen thermischen Wirkungsgrad.
Es
ist möglich, daß der gemäß der Erfindung verwendete feinteilige, inerte, feste Stoff
nicht nur als Kühlmittel für die Verbrennungsprodukte wirkt und die Verbrennung
beendet, sondern daß er auch zu einer Modifizierung der Art der feinteiligen Kohlenstoffteilchen
beiträgt, so daß diese beim Austritt aus dem schwebenden Bett von den Gasen durch
einfache Verfahren, wie Filtrieren, abgetrennt werden können und umständliche elektrische
Koagulierungsmethoden vermieden werden. Auf welche Weise die Art der Kohlenstoffteilchen
beeinflußt wird, ist nicht bekannt; es kann sich aber um irgendeine Änderung in
der elektrischen Ladung der Teilchen handeln.
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Das zur Herstellung von Ruß gemäß der Erfindung verwendete kohlenstoffhaltige
Material ist vorzugsweise ein solches, das nach der Verbrennung keinen wesentlichen
Rückstand zurückläßt. Vorzugsweise ist es ein gasförmiger oder ein flüssiger Kohlenwasserstoff.
Typische Beispiele geeigneter Kohlenwasserstoffe sind Erdgas (entweder als solches
oder nach Abtrennen des natürlichen Benzins), Methan, Äthan, Raffinationsgase, Benzin,
Gasöl, Leuchtöl, schweres Heizöl und Erdölrückstände bzw. -extrakte, wie aromatische
Extrakte aus der Raffination von Schmierölen oder Kerosin. Andere brauchbare kohlenstoffhaltige
Stoffe sind schwere Kohlenteerfraktionen, wie die Karbolöle, Kreosotfraktionen oder
Anthracenölfraktionen.
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Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete feinteilige, inerte,
feste Stoff kann z. B. Sand, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Eisen oder Kohlenstoff
sein. DieTeilchengröße soll derart sein, daß unter den Bedingungen des in der Anlage
aufrechterhaltenen Gasstromes das Bett im Schwebezustand gehalten wird, d. h. sich
in dauernder Bewegung oder Wallung befindet. So ist bei Sand im allgemeinen ein
durchschnittlicher Durchmesser von o,i bis o,5 mm geeignet. Weiterhin können für
die schwebenden Betten des vorliegenden Verfahrens die feinteiligen, festen Stoffe
verwendet werden, die bei der Behandlung von Kohlenwasserstoffölen mit schwebenden
Katalysatoren benutzt werden. Die kugelig geformten Teilchen anorganischer Oxyde,
wie Aluminiumoxyd und Siliciumoxyd oder Gemische derselben, die bei der Spaltung
mit Hilfe schwebender Katalysatoren verwendet werden, sind besonders wirksam, Man
kann als feinteiligen, festen Stoff, entweder für die ganze Menge oder für einen
Teil, auch ein Metalloxyd oder ein Metallkarbid, z. B. ein Oxyd oder Karbid eines
:Metalls aus der B. Gruppe, z. B. Eisen, verwenden, das die Zersetzung von Kohlenmonoxyd
in Kohlenstoff und Kohlendioxyd begünstigt. Auf diese Weise kann die Kohlenstoffausbeute
erhöht werden, da beim Verbrennen kohl enstoffhaltiger Materialien in einer beschränkten
Luftmenge immer etwas Kohlenmonoxyd gebildet wird. Ein solcher fester Körper wird
jedoch nicht verwendet werden, wenn der hergestellte Ruß keine Spuren solcher Metalle
enthalten darf.
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Das Abscheiden des Rußes aus den Gasen nach Hindurchströmen durch
das schwebende Bett kann nach irgendeiner der bekannten Arbeitsweisen zum Trennen
fester Teilchen von Gasen durchgeführt werden. Für eine solche Trennung ist ein
Zyklonabscheider sehr geeignet. Man kann auch ein Tuchfilter verwenden.
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Eine typische Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Fig. i dargestellt. In dieser Anlage wird das zu verbrennende kohlenstoffhaltige
Material, z. B. ein Kohlenwasserstofföl, bei 2 dem Brenner i zugeführt und die bemessene
Menge Luft bei 3 eingeleitet. Die teilweise Verbrennung findet in der Verbrennungskammer
4 statt, die von einer Wandung 5 aus feuerfesten Steinen umgeben ist. Zu Kontrollzwecken
ist die Verbrennungskammer mit einem Schauglas 6 und einer Öffnung 7 zum Entnehmen
von Proben versehen. Die Verbrennungsprodukte werden durch die Leitung 8, die mit
einer Entnahmeeinrichtung 9 versehen sein kann, nahe zum unteren Ende eines Abschreckraumes
io geführt, der ein Bett ii aus feinteiligem, inertem, festem Material, z. B. Sand,
enthält. Die Verbrennungsprodukte verlassen das Rohr 8 durch den konischen Teil
12, der die gleichmäßige Verteilung dieser Produkte durch das Bett aus feinteiligem,
inertem, festem Stoff unterstützt. Dieses Bett wird durch die hindurchgeführten
Verbrennungsgase im Schwebezustand gehalten. In dem Bett befindet sich eine Kühlspirale
13, die fortlaufend Wärme aus dem schwebenden: Bett entnimmt und zu einer (nicht
dargestellten) Anlage führt, in der sie nutzbare Arbeit leisten: kann. In der Abschreckkammer
io befindet sich über dem schwebenden Bett i i ein leerer Raum 14, der als Trennzone
wirkt. In, dieser Zone trennt sich: die, Hauptmenge von. etwa aus dem schwebenden,
Bett durch die aufwärts. strömenden Verbrennungsgase mitgeführtem feinteiligem,
inertem Stoff von diesen Verbrennungsprodukten und fällt in das schwebende Bett
zurück. Die Verbrennungsprodukte verlassen die Abschreckkammer io über den Zyklon
15, in denn. feinteilige, inerte, feste Stoffe aus. dem schweb endien Bett, die
etwa noch in den Gasen verblieben sind, abgetrennt und durch das Rohr 16 in das.
schwebende Bett zurückgeführt ,verden. Die Verbrennungsprodukte, die natürlich noch
den feinteiligen Kohlenstoff enthalten., werden von dem Zyklon über Leitungen. 17
und 18 in die Filterkammer i9 geführt, in der der feinteilige Kohlenstoff mit Hilfe
von auf Trägern 2o befestigten Flanelltüchern abfiltriert wird. Die von Kohlenstoff
befreiten gasförmigen Verbrennungsprodukte verlassen das System durch die Leitung
21. Die durch die Rohre 17 und 18 strömenden Verbrennungsprodukte können, um. ein
Versengen. der Filtertücher zu vermeiden, weiter gekühlt werden, z. B. bis unter
ioo°, indem mang kalte Luft durch Pumpe 22 und Rohr 23 einführt. Die Leitungen,
17
und 18 können, auch durch einen, leeren Kessel 24 unterbrochen werden,
der eine zum Schluß etwa noch notwendige Kühlung der VerbTennungspr.odukte unterstützt.
Die Leitungen können, auch mit Abflußrähren. 25, die mit Ventilen ausgerüstet sind,
versehen sein, um. denn Druck im System zu regeln.
Auch an verschiedenen
anderen Stellen, des Systems können Ventile angeordnet sein, um die Regelung des
Prozesses. zu unterstützen, (vgl. Fig. i). Vozzugsweise werden mehrere - Filterkammern
verwendet, so daß das Arbeiten der Anlage nicht unterbrochen werden muß, wenn. der
-Filterflanell erneuert werden muß. Eine Öffnung 26 zur Entnahme von Proben dicht
vor der Filterkammer ist zu Kontrollzwecken ebenfalls zweckmäßig.
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Das nachstehende Beispiel erläutert die Erfindung noch näher.
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Es wurde die vorstehend beschriehen.e und in Fig. i dargestellte Anlage
benutzt. Das zur Verbrennung verwendete kohlenstöffhaltige Material war ein leichtes
Gasöl, das durch katalytische Spaltung eines Seria-Roherdöls erhalten worden war.
Das Gasöl hatte ein Gewichtsverhältnis . von. Kohlenstoff zu Wasserstoff von .9,12
: i. Das schwebende Bett bestand aus feinteiligem Sand (Teilchengröße o,i bis o,5
mm). Das Öl wurde mit einer Geschwindigkeit von 5o kg je Stunde unter Verwendung
von igo ms Luft (gemessen bei Normaltemperatu@r und Normaldruck) je Stunde verbrannt.
Die zur vollständigen Verbrennung des zu verbrennenden Öls theoretisch erforderliche
Luftmenge betrug bei dieser.Verbrennungsgeschwindigkeit 536 m3 je Stunde.
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Die Menge des Sandes in der Abkühlungskammer war so bemessen, daß
sie durch die bei der Verbrennung des Öls mit Luft unter den vorstehend angegebenen
Verhältnissen. entstehenden VerbTennungsprodukte im Sch-,vebezustand gehalten wurde.
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Die Temperatur des im Schwebezustand befindlichen Bettes wurde auf
etwa 300° gehalten., indem man Wasser durch die Kühlspiralen schickte. und den;
erzeugten Dampf anderweitig verwertete. Der auf den Flanellfiltertüchern gesammelte
Ruß war in den Eigenschaften den im Handei erhältlichen. Arten von halbverstärkenden
Ofenrußen, wie sie in Kautschukzusammensetzungen verwendet werden, ähnlich. Die
Ausbeute - an Ruß betrug 48 0/0 des theoretischen Kohlenstoffgehalts der Zufuhr.
Diese Ausbeute unterscheidet sich vorteilhaft von den bei den üblichen Verfahren
erzielten. Ausbeuten, die in der Größenordnung von 3o bis 40'/o des theoretischen
Kohlenstoffgehalts liegen.
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Die Temperatur, auf der das schwebende- Bett während der Arbeitsweise
nach der Erfindung gehalten wird, schwankt je nach dem besonderen der Verbrennung
unterworfenen kohlenstoffhaltigen Material und der Art des zu erzeugenden Rußes.
Wenn man Ruß aus Methan. unter Verwendung eines Molverhältnisses von Sauerstoff
zu Methan von, i,i : i und bei einer Temperatur in der Verbrennungskammer von etwa
i5oo° oder aus Erdölkohlenwasserstoffen, gemäß dem vorstehenden Beispiel erzeugt,
hat sich -eine- Temperatur, des schwebenden Bettes zwischen 250 und 4oö°
als zweckmäßig erwiesen.
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Die für die Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage kann verschieden
ausgestaltet sein. Die Fig. 2, 3, 4. und 5 erläutern verschiedene Konstruktionen,
die an Stelle der in Fig. i dargestellten Bauweise verwendet werden können. In Fig.
2 umfaßt die Anlage einen senkrecht stehenden Kessel mit zylindrischem Querschnitt,
dessen mittlerer Teil einen größeren Durchmesser aufweist als der obere und der
untere Teil. Der Kohlenwasserstoff oder das sonstige kohlenstoffhaltige Material
wird in einem geeigneten Brenner 33 verbrannt, der am unteren Ende öder in der Nähe
des unteren Endes des Kessels angeordnet ist. Indem engeren unteren Teil 34 erfolgt
die teilweise Verbrennung. Leitungen 31 und 32 führen die Luft und das kohlenstoffhaltige
Material dem Brenner zu. Eine gelochte, kreisförmige Plattee 35 ist in dar Kammer
an der Stelle, an der sich diese erweitert, angebracht und trägt das im Schwebezustand
befindliche Bett 36, das ä. $. ein Drittel bis zwei Drittel des weiteren Teils der
Kammer ausfüllt. Die gelochte Platte 35 kann z. B. aus hitzebeständigem Stahl bestehen.
Die mit Ruß beladenen gasförmigen Verbrennungsprodukte streichen aufwärts durch
die Öffnungen der genannten Platte und gelangen in das schwebende Bett, das durch
die Gase im Schwebezustand gehalten wird. In das schwebende Bett sind Rohrwindungen
37 eingelagert, durch die eine Wärmeübertragungsflüssigkeit geführt wird. Die in
dem schwebenden Bett enthaltenen festen; Teilchen werden abwechselnd durch die Verbrennungsprodukte
erhitzt und durch Berührung mit den Rohren wieder gekühlt. 'Der Teil der Kammer
über dem schwebenden Bett bildet eine Trennungszone 38, in der sich die gasförmigen
Produkte, die mitgerissene Rußteilchen enthalten, von den festen Teilchen des schwebenden
Bettes trennen. Nach Passieren dieser Trennungszone gelangen die gasförmigen Produkte
mit dem Ruß durch die Leitung 39 in einen Zyklonabschefder oder eine Reihe
von Zyklanabscheidern (nicht dargestellt), in denn bzw. denen der Ruß kontinuierlich
von den Gasen abgetrennt wird. Der in den Zyklonabscheidern sich ansammelnde Ruß
kann aus diesen durch eine geeignete staubsichere Entnahmeöffnung abgefüllt werden,
während die Gase zu einer Stelle geeigneter Verwendung Weiterströmen.
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Um eine gleichmäßige Verteilung des mit Kohlenstoff beladenen Gasstromes
beim Eintreten in das schwebende Bett zu sichern, können verschiedene Vorrichtungen
verwendet werden. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Das Verfahren
wird in dieser Anlage wie nach Fig. 2 durchgeführt, und die Bezugszeichen 31 bis
39 (einschließlich) haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2. Nach Fig.3 prallt
jedoch der Gasstrom beim Eintreten in den: erweiterten Teil der Kammer auf einen
konisch gefornitenAblenkkörper4o aus keramischem Material oder hitzebeständigem
Stahl, der den Strom gegen -die Wandung der Kammer leitet. Über diesem Ablenldcörper
und unterhalb der durchbrochenen kreisförmigen Platte 35, die das schh*ebende Bett
trägt, befindet sich ein festes Bett 41 aus grobem, inertem, festem Material, z.
B. aus groben Stücken von Schamotte. Für diesen Zweck eignet sich eine Material
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 bis ro mm.
Fig.
4, in der die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 2, erläutert
eine weitere Ausbildungsform einer Anlage, in der die Verbrennungskammer 34 seitlich
in eine zweite Kammer eingesetzt ist, die das feinteilige, inerte, feste. das schwebende
Bett 36 bild°nde Material enthält. Die Verbrennungskammer ist so geformt, daß die
mit Kohlenstoff beladenen Verbrennungsgase von dem Brenner nach unten geführt werden
und aus der Verbrennungskammer in der Nähe
des Bodens der das schwebende Bett
enthaltenden Kammer austreten. Diese Kammer ist nach dem unteren Ende zu verjüngt.
In das schwebende Bett sind die Rohrspiralen 37 eingebettet, durch die eine Wärmeübertragungsflüssigkeit
strömt. Der obere Teil der das schwebende Bett enthaltenden Kammer ist wiederum
leer, um als Trennungszone 38 zu wirken.
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Bei den Ausführungsformen nach den Fig. i bis 4 wird das schwebende
Bett gekühlt durch eine Reihe von in das Bett eingesetzten Rohrspiralen. Für den
Fachmann ohne weiteres gegebene Ausführungsformen umfassen aber z. B. auch eine
äußere Kühlung des das Bett enthaltenden Kessels und, wie oben schon erwähnt, die
Verwendung eines äußeren Wärmeaustauschers. Eine solche Ausführungsform ist in Fig.
5 dargestellt, in der die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben wie in F ig.
2. Hier befinden sich jedoch die Kühlrohre 37 außerhalb des im Schwebezustand befindlichen
Bettes, dessen feste Teilchen fortlaufend bei 42 aus dem Bett abgezogen werden,
durch den Wärmeaustauscher strömen und dann gekühlt bei 43 wieder in das schwebende
Bett zurückgeführt werden.. Die Bewegung der festen Teilchen des schwebenden Bettes
in dieser Weise kann durch geeignete (nicht dargestellte) Injektoren für Luft unterstützt
und geregelt werden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen dient der Strom der
Verbrennungsprodukte, die durch das Bett aus feinteiligem, inertem, festem Material
hindurchströmen, zur Erhaltung dieses Bettes im Schwebezustand. Es kommt manchmal
vor, daß unter gewissen Bedingungen die Teilchen aus festem Stoff nicht in allen
Teilen des Bettes in dauernder Bewegung gehalten werden. Daher ist es oft zweckmäßig,
an bestimmten Stellen des Bettes eine zusätzliche Zufuhr für Gas oder Dampf, z.
B. Luft oder Wasserdampf, vorzusehen, die ausreicht, um den Schwebezustand des Bettes
in seinem ganzen Volumen aufrechtzuerhalten.
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Obwohl die Erfindung im einzelnen im Zusammenhang mit der Anwendung
eines schwebenden Bettes aus feinteiligem, inertem, festem Material beschrieben
wurde, ist ein solches Bett nicht wesentlich. So kann das feinteilige, inerte, feste
Material mit den Verbrennungsprodukten in einer senkrechten oder im wesentlichen
senkrechten langgestreckten Kammer in Berührung gebracht werden, in die die genannten
Verbrennungsprodukte und der feinteilige, inerte, feste Stoff in der Nähe des unteren
Endes eintreten und aufwärts strömen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der genannten
Verbrennungsprodukte und die Dichte des festen Materials so gewählt werden, daß
die Verbrennungsprodukte die genannten festen Stoffe in der Kammer nach oben tragen.
Am oberen Ende der Kammer werden die Verbrennungsprodukte und der feste Stoff getrennt,
z. B. durch einen Zyklon. Der feste Stoff wird in eine zweite Kammer geführt, in
der er nach unten fällt und in geeigneter Weise gekühlt wird, z. B. mit Hilfe einer
Kühlspirale oder durch direkte Berührung mit Wasser oder mit einem Öl. Vom unteren
Ende dieser zweiten Kammer fließt der feste Stoff zum unteren Ende der ersten Kammer
und vollendet so. den Kreislauf. Es ist klar, daß bei einem solchen Verfahren die
Geschwindigkeit, mit der der feste Stoff in der ersten Kammer nach oben strömt,
hoch genug sein muß, damit ein ständiger Aufwärtsfluß gesichert ist. Eine Teilchengeschwindigkeit
von mindestens 5 m je Sekunde ist erwünscht. In der zweiten Kammer, in der der feste
Stoff seine Wärme zwecks Arbeitsleistung abgibt, wird der feste- Stoff vorzugsweise
im Schwebezustand gehalten. Dies kann bei direkter Kühlung durch das Kühlmedium
selbst bewirkt werden oder, falls man mit indirekter Kühlung arbeitet, durch zusätzliche
Zufuhr von Luft oder Wasserdampf.
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Die Verbrennungsgase enthalten, nachdem der Ruß abgetrennt worden
ist, noch nennenswerte Mengen brennbarer Gase, wie Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.
Man kann also .aus diesen Gasen durch Verbrennen, z. B. in einer unter Druck stehenden
Verbrennungskammer, noch Kraft erzeugen.
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Wenn auch zum Verbrennen des kohlenstoffhaltigen Materials bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren jede. geeignete Art von Brenner verwendet werden kann,
so benutzt man doch zweckmäßig einen Brenner, der gegenüber Druckschwankungen nur
geringe Empfindlichkeit aufweist. Ein geeigneter Brenner ist einer mit einer engen
winkligen Düse, die in Verbindung mit einem Brenner mit radialem Schlitz und Zündflamme
verwendet wird.