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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Heizgas Gase für Haushaltheizungen
und technische Heizzwecke müssen bekanntlich einen niedrigen Heizwert, vorAgsweise
von etwa 132 kcal, und ein spezifisches Gewicht von o,5 bis o,6 aufweisen. . Da
Propan, Butan oder Naturgas höhere Heizwerte haben, als es für die'Speisung dieser
Gasverbraucher erwünscht ist, muB man. diese Gase einem Umwandlungs- oder Kraakverfahren
mit Dampf oder Luft oder sowohl -mit Dampf wie mit Luft unterw=erfen, um ein Gas
.mit niedrigem Heizwert zu erzielen. Die bei der Raffination von Erdöl erhältlichen
Produkte, wie Methan, Propan, B.utan, 01efine und andere Kohlenwas-serstoffe von
hoher Heizkraft, sind zwar billigere Brennstoffe sowohl hinsichtlich der Verfrachtung
als auch der Aufspeicherung und daher für die Erzeugung von Heizgasen günstige Ausgangsstoffe,
aber es gilbt bisher noch keinen in praktisch befriedigender Weise kontinuierlich
arbeitenden Generator für die Erzielung von Gas mit niedrigem Heizwert und geringem
spezifischem Gewicht aus diesen Kohlenwasserstoffei. .
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Für die Umformung von Propan, Butan und Naturgas sind Gaserzeuger
mit langen Rohren von
etwa 9 m Länge und .von. i o, ein bis 2o
cm Durchmesser im Gebrauch, die teilweise mit Katalysatoren gefüllt sind
unid in denen diese Brennstoffe mit Dampf oder Luft oder seit diesen beiden Zusätzen
oder mit Sauerstoff umgeformt werden. Bei diesen Generatoren. ist -die für die Umformung
vorteilhafte Anwendung einer möglichst hohen Temperatur, weilohe die Aufspaltung
der Moleküle von Dampf und Kohlenwasserstoff zur Erzielung von Wasserstoff, Kohlenmonoxyd
und ;; leichten Kohlenwasserstoffabkömmlingen gewährleistet, -dadurch beschränkt,
daß die zulässigen Höchsttemperaturen; nur ungefähr iooo° C betragen, während Dampf
sich ohne Anwesenheit eines- Katalysators erst-.bei Temperaturen über i2oo° C aufspaltet.
.Für die langen Rohre ergeben sich daher Ausführungsschwierigkeiten in.folgeder
Druck- und Dehnungsbeanspruchung und der Korrostionsbeeinfiuissung durch die Feuergase
und die !bei hohen Temperaturen stattfindende Verbrennung, wozu noch kommt, daß
ein gegabenen.falls. erforderlicher Ersatz dieser Rohre kostspielig ist. -Erfindungsgemäß,
werden nun diese Mängel bei der Erzeugung von Heizgas mit niedrigem Heizwert aus
Kohlenwasserstoffei mit hohem Heizwert und aus Wasser dadurch vermieden, daß zur
Gewinnung eines Heizgases dieser Art ein Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffei; Wasserdampf
und vörerhitzter Luft gebildet und- dieses Gemisch in -mehreren aufeirna-niderfolgenden
Stufen mit steigender Temperatur und zunehmendem Volumen schrittweise auf eine hohe
Temperatur erhitzt und dabei die Temperatur der jeweils , nächsten Stufe höher als
die Temperatur der vorhergehenden Stufe gewählt sowie die Erhitzung in der letzten
Stufe in Anwesenheit eines bei der Temperatur dieser Stufe die Kradcung der Kohlenwasserstoffe
und die Dissoziation des Wasserdaunpfes hervorrufenden Katalysators durchgeführt
wird.
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Im einzelnen kann das Verfahren nach. der Erfindung so durchgeführt
werkten, daß das Gasgemischschrittweise von einer unter 54o° C in der ersten Stufe
liegenden Temperatur bis auf eine über io8o° C iw der letzten Stufe steigende Temperatur
erhitzt wird. Vorzugsweise wird das Gasgemisch in der letzten Stufe aul eine Temperatur
von 1200° C erhitzt. Vorteilhaft ist es ferner, das Gasgemisch vor der Hitzebehandung
in Sdhwingungen hoher Frequenz zu versetzen.
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Gemäß dann Verfahren nach der Erfirndung erfährt das behaddelte Gasgemisch
nach und nach eine von höherem. Kohlenwasserstoffei ausgeihenlde Umwandlung in Methan
und dann in, Wasserstoff, Kohlenoxyd., Kohlendioxyd u@sw. Beim Wech:sell der Zusammensetzung
des Gases nimmt sein Heizwert und seit. :spezifisches Gewicht ab, während, sein
Volumen wächst. Aber bei der Zunahme des Volumens eist auch, mehr Raum für das Gas
verfügbar, da ,die Erhitzung in ebenfalls im Volumen in Aufeinanderfolge entsprechend
zunehmenden Stufen erfolgt, während bei der bekannten, mit einem langen Rohr arbeitenden
Art der Erhitzung der verfügbare Raum.über die ganze Länge des Rohres im Durchmesser
gleich bleibt. Erfindungsgemäß kann daher aueh. die Höchsttemperatur der Erhitzung
auf einen für die Umformung der Brennstoffe günstigen Wert gesteigert werden, der
erheblich über iooo ° C; z.. B. bei 12oo bis 137o ° C, liegen kann.
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Ein zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhaft geeigneter
Heizgaserzeuger wird dadurch .erhalten, daß für die schrittweise erfolgende Erwärmung-
des gasförmigen GerniGohes ein beheizter Raum _ aus mehreren mit zunehmendem Durchmesser
konizentxischen Zylindern gebildet ist, die.ringförmige, abwechselnd unten; und
oben miteinander. in Yerbindung stehende Teilräume begrenzen und, so für das. zu
behandelnde Gemisch einen -Führungsweg in Form einer verlängerten Kammer (mit schrittweise
zunehmendem Querschnitt ergeben und von denen der oder die äußeren Zylinder aus
einem temperaturfesten Werkstoff und die inneren Zylinder aus Metall, vorzugsweise
einem Sonderstahl, gefertigt sind.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Gaserzeuger nach der Erfindung beispielsweise
in einer Ausführungsform.
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Abb. i ist eine schematische Wiedergabe des -Gasergeugers mit Anachluß
eines Fraktionierungskessels -und eines Gasverbrauchers; Abb. 2 zeigt in einem senkrechten
Mittel- oder Achsschritt den Gaserzeuger für sich in, einem gegenüber Abb. i vergrößerten
Maßstab; Abb. 3 ist ein waagerechter Schnitt nach der in Abb. 2 eingezeichneten
Linie III-III; Abb. q, und. 5 sind ein waagerechter und ein senkrechter Querschnitt
nach der Linie IV-IV in Abb. 5 und nach der Geraden. V-V in; Abb. 4 und zeigen eine
abgeänderte Ausfühzungsform eines Teiles des Gaserzeugers; Abb. 6 ist ein der Abb.
4 äfhnl-icher.:Querschnitt, der eine weitere Abänderung eines Teiles des Gaserzeugers
veranschaulicht; Abb. 7 ist- eine schaubildliche Darstellung einer vorteilhaften-
Ausführungsform des Katalysatorkörpers. -Gemäß Abb. i und 2 wird das zu behandelnde,
zur Gaserzeugung dienende flüssige 01 durch einen von Abgasen aus dem Gaserzeuger
r i erwärmten Vorerhitzer io und durch einen im Kopfteil des Gaserzeugers r i angeordneten
zweiten Vorerhitzer 12 geschickt, worauf es gegebenenfalls in einen Fraktionierungskessel
13 geleitet wird, in welchem die-schweren Bestandteile, wie z. B: Teer, im Falle
eines einen schweren Petroleumabkömmling darstellenden Öles, ausgeschieden werden
und aus dem die verdampften Kohlenwasserstoffe durch einen Reinigungskessel 14 gehen
können, wo Schwefel und andere Verunreinigungen in einer in der Gasreinigungstechnik«
bekannten Art entfernt werden. Nach. dem -Verlssen des Reinigungskessels 14 wird
- das erhitzte- Kohlenwasserstoffgemisch mit Wasser oder Dampf und gegebenenfalls
Luft in einem Mischbehälter 15 vermengt, und dabei werden die richtigen Beträge
von verdampftem Öl, Wasserdampf und -Luft für die Bildung des Gemisches
für
den Gaserzeuger i i durch Klappenventile 16 bestimmt, die durch eine selbsttätige
Steuervorrichtung 17 eingestellt werden, die durch Schwankungen in dem Heizwert
des aus dem Gaserzeuger austretenden Produktes zur Wirkung gebracht wird.
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Von dem Mischbehälter 15 gelangt das Gemisch nach einer Verteilungskammer
18, von der aus es in die innere ringförmige Heizkammer des Gaserzeugers i i eintritt.
In dieser streicht es an der Außenseite des als Auslaßkanal vorgesehenen mittleren
zylindrischen Rohres r9 entlang, geht dann über den oberen Rand des inneren Zylinders
2o hinweg und strömt durch den Ringraum zwischen dem Zylinder 2o und dem nächstweiteren
Zylinder 21 nach unten, überquert nunmehr die unteren Kanten des Zylinders 2i und
fließt in den Ringraum zwischen dem Zylinder 21 und dem nachstgrößeren Zylinder
22 nach oben, tritt am oberen Ende des Zylinders 22 in den Ringraum zwischen dem
Zylinder 22 und dem aus Ziegeln oder Fliesen aufgebauten äußeren Zylinder 23 über
und geht in diesem wiederum nach unten. Die innerhalb des Zylinders 23 liegenden
Zylinder 2o bis 22 sind vorzugsweise durch entsprechend weite Rohre aus einer Nickelstahllegierung
gebildet, die eineSicherheitstemperaturgrenze von etwa iooo° C aufweisen, und aus
dem gleiehen Werkstoff besteht auch das Auslaßrohr i9, während der aus Ziegeln gefertigte
Zylinder 23 zuverlässig eine Temperatur von 1300° C oder mehr aushält.
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Der Zylinder23 ist mit Abstand von einem ebenfalls aus Ziegeln oder
Fliesen zusammengesetzten Zylinder 24 umgeben, und zwischen diesen äußeren Zylindern
23 und 24 ist eine geeignete Katalysatormasse 25 eingefüllt, durch welche die zu
behandelnden Gase von unten nach oben geleitet werden und in die sie am unteren
Ende des Zylinders 23 durch in diesem ausgesparte Öffnungen eintreten, in welche
metallische Gitter oder Schirme 26 eingesetzt sind. Das hocherhitzte Gemisch von
Kohlenwasserstoffen, Dampf und Luft wird im Ringraum zwischen den Zylindern 23 und
24 in Gase mit geringem Heizwert aufgespalten, die am oberen Ende dieses Ringraumes
über den oberen Rand des inneren Zylinders 23 in eine Kühlkammer im Kopfteil des
Erhitzers i i abströmen, wo sie in Berührung mit dem Vorerhitzer 12 kommen und einen
Teil ihrer Wärme an das durch diesen strömende Kohlenwasserstoffgemisch abgeben.
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Die Temperatur von über i2oo° C wird durch Wärmeverluste über die
Wandung des Zylinders 24 und die Katalysatormasse 25 sowie über die Wandung des
Zylinders 23 verringert, so daß die Temperatur auf weniger als 926° C absinkt, wenn
das Gemisch den Zylinder 22 verläßt, der aus einer dieser Temperatur widerstehenden
Stahllegierung gefertigt ist. Die heißen Gase werden durch das Ausl.aßrohr ig und
über den Wasserabschluß in der Kühlkammer 27 nach dem Wärmeaustauscher 28 in dem
Fraktionierungskessel 13 geführt, von wo die gekühlten, aber noch heißen Gase gegebenenfalls
zu einem Hochofen 29 oder zu einem Herd oder zu einem anderen Heizgasverbraucher
geführt werden können, aus dem jeder Überschuß durch einen Kühl- und Waschtank 30
entnommen wird. Das diesen verlassende Gas kannfinit aus den zwei äußeren Ringräumen
des Gaserzeugers ii abgezogenem Gas von höherem Brennwert vermischt werden, um schließlich
ein Gas des gewünschten Wärmeinhaltes zu ergeben. Ein Wärmemesser 31 oder ein durch
Vereinigung eines Käloriemeters mit eirwm Wärmemischer gebildetes Meßgerät dient
dazu, auf Grund von Probeentnahmen aus dem als Endprodukt erzielten Gas die motorisch
verstellbaren Klappenventile 32, 33, 34 in ihren entsprechenden Gasleitungen durch
eine Steuervorrichtung 35, vorzugsweise von der bekannten Bauart Askania, zur Bestimmung
der Mengenverhältnisse zwischen dem Gas von niedrigem und dem Gas von hohem Heizwert
in dem Endprodukt zu regeln.
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Der Gaserzeuger i i wird durch mehrere strahlende Wärme erzeugende
Brenner 38 erhitzt, die mit Brennstoff gespeist werden, für den auch schwerere Produkte
verwendbar sind, die aus dem Fraktionierungskessel 13 über den Vorerhitzer io entnommen
werden oder von irgendeiner anderen Speisequelle kommen können. Ein oder mehrere
an passenden Punkten innerhalb des Gaserzeugers angeordnete Pyrometer, welche auf
die zur Regelung der Brenner dienenden Ventile durch eine Steuervorrichtung 39 einwirken,
halten im Gaserzeuger den gewünschten Temperaturbereich aufrecht, der von etwa 137o
bis 15q.0° C in dem außerhalb des äußeren Zylinders 24 liegenden Ringraum geht und
ungefähr 1300° C in dem Ringraum zwischen den Zylindern 23 und 24 beträgt sowie
von etwa 925'C
auf rund 54o' C in den die Stahllegierungszyli-n-der 22, 21,
2o und das Auslaßrohr i9 umgebenden Ringräumen abfällt.
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Die hocherhitzten Verbrennungsprodukte der Brenner 38 werden als Abzuggas
aus dem den äußeren Zylinder z4 umgebenden Raum abgeführt und durch den Vorerhitzer
io geschickt, wo sie das schwere Öl auf seinem Wege zum Gaserhitzer i i erhitzen,
um dann zu einem Dampfkessel 40 zu gelangen, wo sie zur Erzeugung von Dampf für
Krafterzeugung oder für Heizung oder für die Durchführung von mit Dampf arbeitenden
Verfahrgn benutzt werden.
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Wie Abb. 2 und 3 näher erkennen lassen, sind die Brenner 38 um den
Gaserzeuger i i mit Abständen in mit feuerfesten Backsteinen ausgekleideten Öffnungen
eines gemauerten Mantels 41 angeordnet, und das Abgas wird durch ein weites Abzugsrohr
42 nach dem Vorerhitzer io abgeführt. Der Außenzylinder 24 besteht aus Siliciumcarbid,
das sich bei einer Temperatur unter 160o° C nicht wirft und nicht weich wird und
bei einer Temperatur von 137o bis 15q.0° C eine für die Erfüllung der Erfordernisse
der Erfindung hinreichende Festigkeit bewahrt. Der Zylinder 24 kann an seinem Boden
auf Säulen 43 abgestützt sein, welche auch den inneren Teil einer schweren ringförmigenFührungs-und
Bodenplatte44
tragen, die an ihrem äußeren: Ende . in dem umgebenden
Mauerwerk des Mantels 4i eingebettet ist.
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Die Säulen 43 sind axial nach unten verschiebbar, so daß sie nach
Lösung einer sie in Abstützlage sichernden Verschraubung gesenkt werden können,
wodurch der Zylinder 24 ebenfalls gesenkt und der eine oder der" andere seiner aus
Ziegeln gebildeten ringförmigen Teile, wenn nötig, entfernt und erneuert werden
kann. Der ebenfalls aus Ziegeln aufgebaute Zylinder 23 kann in ähnlicher Weise und
zum gleichen Zweck auf axial verschiebbaren Säulen 45 aufruhen. Die aus einer Stahllegierung
bestehende. -Bodenplatte 46 des Gaserzeugers i i, an welche die Zylinder 22 und
2o angeschweißt sind, kann auf der Verteilerkammer 18 aufliegen, die ihrerseits
von der Kühlkammer 27 getragen ist. Der Kopfteil des Gaserzeugers i i ist durch
eine zylindrische Stahlplatte 47 abgeschlossen, die in einen Abdichtungsflansch
48 übergeht, der mit dem einen Ende eines biegsamen Metallbalkens 49 verbunden ist,
der mit seinem anderen Ende auf einer Wandungsplatte 5o aufruht, so daß Verluste
von heißen Gasen aus den Strahlungsbrennern,längs seiner Kante verhindert sind.
Die Platte 47 ist unmittelbar auf die obere Kante des äußeren Zylinders 24 unter
Zwischenfügung von Zement oder eines anderen, das Entweichen von umgeformtem Gas
verhindernden Dichtungsmittels aufgesetzt und hebt und senkt sich mit der Ausdehnung
und Zusammenziehung des Zylinders 24 bei Temperaturänderungen.
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Wenn der Zylinder 24 zur Auswechselung eines seiner Teile gesenkt
wird, bleibt die Platte 47 an ihrer Außenkante in Lage auf einem nach innen ragenden
ringförmigen Kragstein 51 des gemauerten Mantels 4r, der vorzugsweise aus Siliciumcarbid
besteht. Der Vorerhitzer i2 ist unter der Plätte 47 angeordnet und wird von dieser
in dem. Raum zwischen ihr und einer Platte 52 gehalten, welche auf der oberen Kante
der inneren Ziegelwandung 23 aufliegt und mit dieser durch eine Lage von Zement
oder eines anderen Dichtungsmittels verbunden ist, um die Vermischung des in dem
Gaserzeuger i i innerhalb des Zylinders 23 teilweise umgeformten. Gases mit dem
nach Durchgang durch den Katalysator 25 in dem Raum zwischen den beiden Zylindern
:23, 24 den Gaserzeuger ii verlassenden Gas zu verhindern.
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Eine Isolierstoffschicht 53 ist auf der oberen Fläche der Platte 52
und eine weitere Isoliersfoffschicht 51, an der Unterseite der Platte 47
angebracht, um diese .Teile vor der Wirkung der hocherhitzten Gase zu schützen,
welche zwischen ihnen auf ihrem Wege nach dem Auslaßrohr ig hindurchgehen. Die obere
Kante des Zylinders 2i ist an die untere Fläche der Platte 52 angeschweißt und von
dieser getragen. Das Auslaßrohr ig ruht an seinem unteren Ende auf einem hohlen
Fuß 5.4 und kann mit diesem durch die Verteilerkammer 18 auf- und abwärts geschoben
werden, welche seinen unteren Teil über der Kühlkaminer27 umschließt und- auf dieser
abgestützt ist und ihrerseits die Bodenplatte 46 trägt. Mannlöcher, die durch Deckel
55 geschlossen sind, können in der Platte 47 ausgespart sein, um in dem Räum
zwischen den zwei Zylindern 23, 24 den Katalysator 25 einführen zu können, der aus
irgendeiner für die Zersetzung von Dampf in Wasserstoff -und Sauerstoff bei einer
Temperatur von etwa i2oo° C geeigneten Masse bestehen kann. Die Entfernung des verbrauchten
- Katalysators kann durch Öffnungen in der ringförmigen Bodenplatte 56 des Gaserzeugers
erfolgen, indem von dieser die Säulen 57 weggezogen werden, welche diese Öffnungen
verschließen und den Bodenring 56 beim Arbeiten des Gaserzeugers tragen. Eine durch
einen abnehmbaren Deckel 58 abgeschlossene Öffnung ist in der das Rohr ig umschließenden
Bodenplatte 4.6 für die Entfernung von Ablagerungen vorgesehen, die in dem Gaserzeuger
aus verschiedenen UrsachenN sich ansammeln können. Hohle Sammelringe 59, 6o, an
welche die in die beiden äußeren Ringräume an den Zylindern 2o, 22 ausmündenden
Rohre 6T und 62 angeschlossen sind, dienen dazu, teilweise. umgeformte Gase aus
diesen Kammern abzuleiten und die Temperatur und die Güte des Gases in jedem Abschnitt
zu prüfen.
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An den Öffnungen, durch welche das Gasgemisch aus der Verteilerkammer,i8
in den Gaserzeuger ii entladen wird, können gegebenenfalls Spitzen 63 vorgesehen
werden, die eine Wirbelbewegung den Gasströmen erteilen, welche aus diesen Öffnungen
austreten. Auch kann 'das Gemisch, bevor es die Verteilerkammer 18 betritt, .Schwingungen
von sehr hoher ` Frequenz unterworfen werden, die durch einen ultraakustischen Vibrator
erzeugt werden; der seitlich an der Verteilerkammer 18 zwischen dieser und der Mischkammer
15 angebracht sein kann, so daß die Mischung oder Emulsion aus Brennstoff und Dampf
mit oder ohne Luft durch ihn hindurchgehen muß. -Das Gemisch von Brennstoff und
Wasserdampf, das teilweise die Form von Dampf und teilweise die Form einer flüssigen
Suspension aufweist, wird den. ultraakustischen Schwingungen unterworfen, welche
auf das Gasgemisch und den gebildeten Dampf übertragen werden. Die Frequenz der
ultraakustns'chen Schwingungen wird dabei vorzugsweise zwischen 6o und ioo kHz gewählt
und kann durch Einstellung im Bedarfsfall geändert werden.
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Die Einwirkung der ultraakustischen @chwinggüngen auf das Gemisch
hat folgende vorteilhafte Wirkungen a) Es ergibt sich eine. bessere und innigere
Mischung-zwischen dem Dampf und den mit diesem die in den Gaserzeuger i i eingeführten
Brennstoffteilchen.
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b) Kohlenstoffteilchen können während des. Gaserzeugüngsvorganges
durch Abscheidung aus dem Wasserstoff der ' Kohlenwasserstoffe erhalten werden.
Diese Kohlenstoffteilchen nehmen an der Schwingung des Gases teil und werden im
Umfang durch gegenseitiges Anziehen und Aufeinandertreffen., vergrößert..: Die vergrößerten
Kohlenstoffteilchen-wer.den in einer zweiten Arbeitsstufe nicht
an
der Schwingung teilnehmen, sondern auszufallen suchen und auf ihrem Abwärtsgang
mit anderen Teilchen zusammenstoßen und sich zusammenballen und so weiter in ihrem
Umfang vergrößert werden.
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c) Die Kohlenstoffteilchen, welche ausfallen, werden in. Ringräumen
am Boden. des Generators angesammelt, wo sie aus den Bodenöffnungen entweder durch
Auskehren oder durch Dampfwirkung von der Außenseite aus entfernt und beseitigt
werden können. Auf diese Weise wird eine etwaige Überladung der Gaserzeugerabschnitte
durch Köhlenstoff und ebenso das etwaige Kochen unter hohen Temperaturen vermieden.
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d) Es findet, gegebenenfalls eine Entgasung von flüssigen Teilchen
statt, und der Siedepunkt der Gemischteilchen wird erniedrigt.
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e) Gegebenenfalls ergibt sich :eine Zunahme der Grenzoberfläche der
Teilchen, und die Reaktionsgeschwindigkeiten werden während des ganzen Verfahrens
gesteigert.
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f) Es wird eine bessere Wärmeübertragung in den Gaserzeugerabschnitten
und gegebenenfalls eine Wärmeentwicklung zwischen den an der Schwingung des Gemisches
teilnehmenden Teilchen auf verschiedene Weise in Abhängigkeit von der Dichte, der
Viskosität und dem Radius der Teilchen erreicht. Die Frequenz der Schwingungen wird
mit der Zunahme der Temperatur und mit des Abnahme des Molekulargewichtes wachsen.
Da während des Verfahrens nach der Erfindung die Temperaturen höher werden und das
Molekularnewicht abnimmt, kann dabei die Schwingungsfrequenz zunehmen. Da die Dichte
und der Radius der Teilchen während des Verfahrens abnehmen, erfährt ihre Teilnahme
an der Schwingung eine Steigerung.
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Wie Abb. 4 und 5 zeigen, können bei dem Gaserzeuger nach - Abb. i
bis 3 röhrenförmige, strahlend.-. Wärme erzeugende Brenner 75 in dem Abzugraum zwischen
dem gemauerten Mantel 41 und dem äußeren Zylinder 24_angeordnet sein, die durch
Mischdüsen 76 im Boden des Gaserzeugers mit Brennstoff gespeist werden und in Flammenführungsrohre
77 aus Siliciumcarbid oder- anderem stark hitzebeständigen Werkstoff ausmünden.
Die Rohre 77, die einen oval kreisförmigen Querschnitt aufweisen können, erstrecken
sich genügend, weit bis in die Nähe des oberen Endes des Abzugraumes, so daß die
aus ihren offenen Enden austretenden Abgase nach unten längs der Außenseite des
Zylinders z4 auf ihrem Wege zum Auslaßrohr 42 strömen müssen und zu deren Erhitzung
des Zylinders 24. durch Übertragungswärme beitragen. Die von ihnen ausgestrahlte
Wärme geht durch die Wandungen der Zylinder 24 und 23 hindurch und ist durch Erhitzung
des Gasgemisches in den inneren Ringräumen des Gaserzeugers wirksam.
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Bei der aus Abb. 6 ersichtlichen Abänderung des Gaserzeugers nach
Abb. i bis 3 ist der zwischen dem gemauerten Mantel 41 und dem äußeren Zylinder
24 gelegene Abzugraum in aufsteigende und absteigende Kanäle durch Zwischenwände
78 aus Siliciumcarbid oder einem ähnlichen hoch hitzebeständigen Mauerwerk geteilt,
und an dem unteren Ende jedes zweiten der so geschaffenen aufeinanderfolgenden Abzugskanäle
sind Brenner 79 angeordnet, während die dazwischenliegenden Kanäle an ihren oberen
Enden mit den die Brenner enthaltenden Kanälen in Verbindung stehen und an ihren
unteren Enden durch Auslaßrohre 8o in eine Sammelkammer ausmünden, aus welcher das
Abgas nach dem Dampfkessel 40 (vgl. Abb. i) geliefert werden kann. Die innere Seite
der Wandung 41 ist mit einer Siliciumcarbidschicht 81 oder einer anderen hoch hitzebeständigen
Auskleidung versehen, um die in den Abzugraum erzeugte strahlende Wärme zu reflektieren.
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Der in dem Raum zwischen den' Zylindern 23 und 2@. vorgesehene Katalysator
kann von irgendeiner geeigneten Art und Form sein. Vorzugsweise kann man Katalysatorblöcke
von der aus Abb. 7 ersichtlichen Form einer Schraube 82 anwenden und sie in Reihen
übereinander mit senkrechter Achse anordnen, um eine drehende und wirbelnde Bewegung
der hocherhitzten Gase hervorzurufen, welche durch die schraubenlinig verlaufenden
Kanäle in den Blöcken 82 strömen, die außerdem eine Katalysatorfüllung oder eine
mit einem Katalysator imprägnierten Füllmasse ergeben, die eine große Berührungsoberfläche
- den durchgehenden Gasen darbietet.
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Gegebenenfalls können auch in dem Raum zwischen den Zylindern 22 und
23 ohne Schwierigkeit Füllstoffe, wie z. B. Reinigungsstoffe, eingebracht werden,
die zur Abführung des Schwefels und anderer Verunreinigungen aus dem Gas. dienen,
bevor dieses nach der katalytisch yvirkenden Masse 25 gelangt. Diese Reinigungsmasse
kann wichtig sein, wenn schwefelhaltige Petroleumflüssigkeiten als Brennstoffe benutzt
werden, da hierbei der Schwefel aus dem Kohlenwasserstoffdampf und (lern Gas vor
der katalytischen Spaltung abzuscheiden sein wird. Wenn jedoch ein gasförmiger Brennstoff
verwendet wird, kann die Reinigung,des Gases vor dessen Eintritt in den Gaserzeuger
im normalen Verfahren bewirkt werden. Bei hohlen Temperaturen über 1300° C hat der
Schwefel mehr Anziiehungswirkung auf den Wasserstoff in H2 S
als für den Nickelkatalysator.
Daher wird bei hohen, im abschließenden Behandlungsstadium erzielten Temperaturen
eine geringere Giftwirkung des Katalysators durch Schwefel, zu erwarten sein.
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Ein weiterer Vorteil des Gaserzeugers nach der Erfindung ist die Möglichkeit
der Benutzung,des oder der äußeren Behandlungsabschnitte für die Anwendung von darin
erzeugtem Gas für verschiedene chemische Verfahren. Ein Beispiel hierfür ist der
in dem Raum zwischen den Zylindern 22, 23 erzeugte Wasserstoff, der darin gegebenenfalls
dadurch zum Entstehen gebracht werden kann, daß die Katalysatorfüllung 25 in diesem
Raum statt in den Raum zwischen den Wänden 2,4 und 23 eingebracht und ein anderer
außenseitiger Abschnitt hinzugefügt wird. Auch kann das meist aus Wasserstoff und
C O bestehende gespaltene Gas,. z. B. Eisenoxyd, d. h. Eisenerz, zu Eisen reduzieren,
ohne
däß man metallurgischen Koks für diesen Zweck benötigt. Der Sauerstoff des Eisenoxydes
wird Wasser mit dem Wasserstoff bilden und mit dem C O zu C02 werden. Da Siliciumcarbid
Temperaturen bis zu 165o° C aushält, kann die Temperatur in dem ersten Abschnitt
zwischen den Zylindern a3 und 24 gesteigert werden, um in dem Abschnitt zwischen
den Zylindern 2z, 2,3 eine noch höhere Temperatur zu-ermöglichen.
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Die bequeme Speisung des Gaserzeugers ii vom. Kopfteil aus und die
bequeme Abführung des erzeugten Gases aus dem Gaserzeugerboden gestattet die Ausführung
eines kombinierten Ofens für die Erzeugung von Gas und für die Gewinnung von Eisen
oder für andere chemisch-metallurgische Verfahren. Diel Wahl der richtigen Abmessung
und die Durchbildung' der baulichen Einzelheiten dieses Doppelofens sind ohne weiteres
dem Fachmann geläufig. Dabei kann für die Durchführung des chemischen Verfahrens,
welches das erzeugte Gas zur Gewinnung von Eisen aus. Eisenerz _ benutzt, ein einen
besonderen Teil der .ganzen Anlage bildender Ofen vorgesehen sein. In diesen Fall
ist die hohe Temperatur, bei welcher das erzielte Gas den Gaserzeuger verläßt, und
ebenso die hohe Temperatur der bei diesen hohen ' Wärmegraden für die . Reduzierung
der Oxyde dienenden Stoffe H2 und C O mit Vorteil ausnutzbar.
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Die Erfindung stellt gegenüber den bekannten, für den gleichen Zweck
verwendeten Verfahren und Vorrichtungen auch insofern eine wesentliche Verbesserung
dar, als eine heißere letzte Behandlungsstufe für das Gemisch angewendet werden.
kann, die zur Zersetzung des Dampfes und zur Erzeugung einer größeren, Menge von
magerem Gas hinreicht. Auch wird weniger Schwefel an den Katalysator verlorengehen
und- .daher bei diesem auch eine geringere Giftwirkung auftreten. Ferner werden
bei höheren Temperaturen die Teile des erfindungsgemäß ausgebildeten Gaserzeugers
kaum beschädigt oder verschlechtert, und außerdem besteht die Möglichkeit ihres
Ersatzes ohne ernstliche Unterbrechung des Verfahrensganges. Weiterhin kann eine
selbsttätig;. Überwachung und,- Steuerung des Gasgemisches und der Menge und der
Temperatur des erzeugten Gases erfolgen, indem in den verschiedenen Verfahrensabschnitten
Proben des Gases und des Katalysators leicht entnommen werden können und sich jeder
gewünschte Wärmeinhalt des erzeugten Gases durch entsprechende Einstellung der Steuervorrichtung
für die Gemischbestandteile des aus dem Gaserzeuger in, den, verschiedenen, Behandlungsstufen
entnommenen Gases erreichen läßt.
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Ferner können verschiedene chemische Verfahren mit der Gaserzeugung
nach der Erfindung kombiniert werden, wie z. B. die Behandlung von Eisenoxyd, das
durch Benutzung des umformenden Gases wie es aus dem Gaserzeuger kommt, reduziert
Nverden kann, da dieses Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthält und diese Stoffe das
Oxyd erzeugende Eisen, ohne Verwendung vonKoks reduzieren.
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Ein weiterer Vorteil eines .erfindungs.gemäß ausgeführten Gaserzeugers
-ist die leichte Zugänglichkeif .seiner Teile für die Überwachung und den Ersatz,
da die Deckel und, di,--vondiesen getragenen Teile leicht als Einheiten entfernbar
sind und auch die beiden äußeren Zylinder und die katalytische Füllung von unten
ohne Entmantelung des oberen Teiles und ohne- Abbau der an dem Mantel vorgesehenen
Rohre und Metallteile aus dem Gas -erzeuger herausnehmbar sind. Auch sind die konzentrischen
Metallzylinder und die aus Ziegeln bestehenden äußeren Zylinder .so abgestützt,
daß sie sich frei bei raschen Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen
können, und ihre einzelnen Längen sind kurz und gestatten ein rasches Anlassen und
ein schnelles Arbeiten des Gaserzeugers. Außerdem sind die Metallteile des Gaserzeugers
vollständig von Korrosion durch die aus den Strahlbrenner austretenden. Abgase geschützt.
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Schließlich zeichnet sich der Gaserzeuger nach der -Erfindung auch
durch eine einfache, gedrängte und doch übersichtliche Bauart und durch großes Aufnahmevermögen
sowie hohe Leistungsfähigkeit und weiterhin - durch verhältnismäßig niedrige Kosten
der Herstellung und der Unterhaltung und durch geringe Wärmeverluste durch Strahlung
vor den mit einem langen Rohr arbeitenden Gasumformungsöfen bekannter Ausführung
aus, wozu noch eine Anpaßbarkeit an verschiedene Benutzungszwecke und die Mannigfaltigkeit
der mit ihm durch Regelung"deg Gemisches und der Temperatur sowie der abschließenden
Verfahrensstufe erzielbaren Produkte und seine dadurch gegebene weite- Anwendungsmöglichkeit
kommen.
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Bei allen-Ausführungen des Gaserzeugers nach der Erfindung erfolgt
die Erzeugung von Heizgas mit . geringem Heizwert aus Kohlenwasserstoffei und Wasser
dadurch, daß man -ein aus Kohlenwasserstoff und: Wasser gebildetes strömungsfähiges
Gemisch der Einwirkung von Hitze in mehreren aufeinänderfolgenden Stufen aussetzt,
von denen die letzte eine Temperatur von mindestens io8o° C aufweist und das Volumen
und die Temperatur des Gemisches bis -auf den Krackungs-_punkt des Kohlenwasserstoffes
und den Dissoziationspunkt des Wassers zur Erzielung der Heizgase bringt. Dabei
kann das Gemisch gegebenenfalls in der letzten Heizstufe einer katalytischen Wirkung
unterworfen und vor der Hitzebehandlung in Schwingungen- hoher Frequenz versetzt
werden.