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Publication number: DEST003907MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 26. September 1951 Bekanntgemacht am 24. November 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Gase für Haushaltheiztingen und technische Heizzwecke müssen bekanntlich einen niedrigen Heizwert, vorzugsweise von etwa 132 kcal, und ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 0,6 aufweisen. Da Propan, Butan oder Naturgas höhere Heizwerte haben, als es für die Speisung dieser Gasverbraucher erwünscht ist, muß man diese Gase einem Umwandhings- oder Krackverfahren mit Dampf oder Luft oder sowohl mit Dampf wie mit Luft unterwerfen, um ein Gas mit niedrigem Heizwert zu erzielen. Die bei der Raffination von Erdöl erhältlichen Produkte, wie Methan, Propan, Butan, Olefine und andere Kohlenwasserstoffe 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 gibt bisher noch keinen in praktisch 'befriedigender Weise kontinuierlich arbeitenden Generator für die Erzielung von Gas mit niedrigem Heizwert und geringem spezifischem Gewicht aus diesen Kohlenwasserstoffen.

Für die Umformung von Propan, Butan und Naturgas sind Gaserzeuger mit langen Rohren von

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etwa (jm Länge und von ι ο cm bis 20 cm Durchmesser im (iehrauch, die teilweise mit Katalysatoren gefüllt sind und in denen diese Brennstoffe mil Dampf oder Luft oder mit diesen beiden Zusätzen oder mit Sauerstoff umgeformt werden. I !ei diesen (ieneraloren ist die für die Umformung vorteilhafte Anwendung einer möglichst hohen Temperatur, welche die Aufspaltung der Moleküle von Dampf und Kohlenwasserstoff zur Erzielung von Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und leichten Kohlciiwasscrstoffabkömmliiigen gewährleistet, dadurch beschränkt, dal! die zulässigen I Iöchsttemperaluren nur ιπιμ<·fiilir 1000 ' C betrafen, während Dampf sieh ohne Anwesenheit eines Katalysators erst bei Temperaturen über 1200' C aufspaltet. Für di<· laugen Rohre ergeben sich daher Ausführuugsschwicrigkciten infolge rler Druck- und Dehnungsbcnnspruehiing und der Korrosionsbeeinflussung durch die Feuergase und die bei hohen Temperaturen stattfindende Verbrennung, wozu noch kommt, dal.l ein gegebenenfalls erforderlicher Ersatz dieser Rohre k<ists]>i(-lij^ ist.

F.rfuidiingsgcmäß werden nun diese Mängel bei der Erzeugung von Heizgas mit niedrigem Heizwert aus Kohlenwasserstoffen mit hohem Heizwert und aus Wasser dadurch vermieden, daß zur Gewinnung eines Heizgases dieser Art ein Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und vorerhitzter Luft gebildet und dieses Gemisch in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen mit Zeigender 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 K racking der Kohlenwasserstoffe und die Dissoziation des Wasserdampfes hervorrufenden Katalysators durchgeführt wird.

Im einzelnen kann das Verfahren nach der Erfindung so durchgeführt werden, dal! das Gasgemisch schrittweise von einer unter 54°° C in der ersten Stufe liegenden Temperatur bis auf eine über K)So" C in der letzten Stufe steinende Temperatur erhitzt wird. Vorzugsweise wird das Gasgemisch in der letzten Stufe auf eine Temperatur von U(M)" C erhitzt. Vorteilhaft ist es ferner, das Gasgemisch vor der I litzebehandlung in Schwingungen hoher Frequenz zu versetzen.

Gemäl! dem Verfahren nach der Erfindung erfährt das behandelte Gasgemisch nach und nach eine von höheren Kohlenwasserstoffen ausgehende Umwandlung in Methan und dann in Wasserstoff, Kohlenoxyd, Kohlendioxyd usw. Heim Wechsel der Zusammensetzung des Gases nimmt sein TIei/.-wert und sein spezifisches Gewicht ab, während sein Volumen wuchst. Aber bei der Zunahme des Volumens ist 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 Krhitzung der verfügbare Raum über die ganze Länge des Rohres im Durchmesser gleich bleibt. Erfmdungsgcmäß kann daher auch die Höchsttemperatur der Erhitzung auf einen für die Umformung der Brennstoffe günstigen Wert gesteigert werden, der erheblich über 1000⁰C, z.B. bei 1200 bis 1370⁰C, liegen kann.

Ein zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung vorteilhaft geeigneter Heizgaserzeuger wird dadurch erhalten, daß für die schrittweise erfolgende Erwärmung des gasförmigen Gemisches ein beheizter Raum aus mehreren -mit zunehmendem Durchmesser konzentrischen Zylindern gcbildet ist, die ringförmige, abwechselnd unten und oben miteinander in Verbindung 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 äuf.ieren Zylinder aus einem temperatiirfcsten Werkstoff und die inneren Zylinder aus Metall, vorzugsweise einem Sonderstahl, gefertigt sind.

Die Zeichnung veranschaulicht den Gaserzeuger nach der Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform.

Abb. 1 ist eine schematische Wiedergabe des Gaserzeugers mit Anschluß eines Fraktionierungskesseis und eines Gasverbrauchers;

Abb. 2 zeigt in einem senkrechten Mittel- oder Achsschnitt den Gaserzeuger für sich in einem gegenüber Abb. 1 vergrößerten Maßstab;

Abb. 3 ist ein waagerechter Schnitt nadh der in Abb. 2 eingezeichneten Linie IJI-IlI;

Abb. 4 und 5 sind ein waagerechter und ein senkrechter Querschnitt nach der Linie IV-IV in Abb. 5 und nach der Geraden \^;-V in Abb. 4 und zeigen eine abgeänderte Ausführuiigsform eines Teiles des Gaserzeugers;

Abb. 6 ist ein der Abb. 4 ähnlicher Querschnitt, der eine weitere Abänderung eines Teiles des Gaserzeugers veranschaulicht;

Abb. 7 ist eine schaubildliche Darstellung einer vorteilhaften Ausführuiigsform des Katalysatorkörpers.

Gemäß Abb. 1 und 2 wird das zu behandelnde, zur Gaserzeugung dienende flüssige öl durch einen von Abgasen aus dem Gaserzeuger 11 erwärmten Vorerhitzcr 10 und durch einen im Kopfteil des Gaserzeugers 11 angeordneten zweiten Vorerhitzer 12 geschickt, worauf es gegebenenfalls in einen Kraktionierungskessel 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 Reinigungskcssel 14 gehen können, wo Schwefel und andere Verunreinigungen in einer in der Gasreinigungstcchnik bekannten Art entfernt werden. Nach dem Verlassen 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 (M, Wasserdampf und Luft für die Bildung des Gc-

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misches für den Gaserzeuger ι r 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.

Von dem Mischbehälter 15 gelangt das Gemisch nach einer Verteilungskammer 18, von der aus es in die innere ringförmige Heizkammer des Gaserzeugers 11 eintritt. In dieser streicht es an der Außenseite des als Auslaßkanal vorgesehenen mittleren zylindrischen Rohres 19 entlang, geht dann über den oberen Rand des inneren Zylinders 20 hinweg und strömt durch den Ringraum zwischen dem Zylinder 20 und dem nächstweiteren Zylinder 21 nach unten, überquert nunmehr die unteren Kanten des Zylinders 21 und fließt in den Ringraum zwischen dem Zylinder 21 und dem nächstgrößeren 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 20 bis 22 sind vorzugsweise durch entsprechend weite Rohre aus einer Nickelstahllegierung gebildet, die eine Sicherheitstemperaturgrenze von etwa 1000⁰ C aufweisen, und aus dem gleichen Werkstoff besteht auch das Auslaß rohr 19, während der aus Ziegeln gefertigte Zylinder 23 zuverlässig eine Temperatur von 1300⁰ C oder mehr aushält.

Der Zylinder 23 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 11 abströmen, wo sie in Berührung mit dem Vorerhitzer 12 kommen und einen Teil ihrer Wärme an das durch diesen strömende Kohlenwasserstoffgemisch abgeben.

Die Temperatur von über 1200⁰ 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 926⁰ C absinkt, wenn das Gemisch den Zylinder 22 verläßt, der aus einer dieser Temperatur widerstehenden Stahllegierung gefertigt ist. Die heißen Gase werden durch das Auslaßrohr 19 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. kann mit aus den zwei äußeren Ringräumen des Gaserzeugers 11 abgezogenem Gas von höherem Brennwert, vermischt werden, um schließlich ein Gas des gewünschten Wärmeinhaltes zu ergeben. Ein Wärmemesser 31 oder ein durch Vereinigung eines Kaloriemeters mit einem 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.

Der Gaserzeuger 11 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 10 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 1370 bis 1540⁰C in dem außerhalb des äußeren Zylinders 24 liegenden Ringraum geht und ungefähr 1300⁰ C in dem Ringraum zwischen den Zylindern 23 und 24 beträgt sowie von etwa 925 ° C auf rund 540 ° C in den die Stahllegierungseylrnder 22, 21, 20 und das Auslaßrohr 19 umgebenden ico Ringräumen abfällt. . .

Die hocherhitzten Verbrennungsprodukte der Brenner 38 werden als Abzuggas aus dem' den äußeren Zylinder 24 umgebenden Raum abgeführt und durch den Vorerhitzer 10 geschickt, wo sie das schwere Öl auf seinem Wege zum Gaserhitzer 11 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 Verfahren benutzt werden.

Wie Abb. 2 und 3. näher erkennen lassen, sind die Brenner 38 um den Gaserzeuger 11 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 10 abgeführt. Der Außenzylinder 24 besteht aus Siliciumcarbid, das sich bei einer Temperatur unter 1600⁰ C nicht wirft und nicht weich wird und bei einer Temperatur von 1370 bis 1540° 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-undBodenplatte44

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tragen, die an ihrem äußeren linde in dem umgebenden Mauerwerk des Mantels 41 eingebettet ist. 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 /.um gleichen Zweck auf axial verschiebbaren Säulen 45 aufruhen. Die aus einer Stahllegierung bestehende Hodenplatte 46 des Gaserzeugers ι 1, an welche die Zylinder 22 und 20 an-1S geschweißt sind, kann auf der Verteilerkaimner iS aufliegen, die ihrerseits von der Kühlkammer 27 getragen ist. Der Kopfteil des Gaserzeugers 11 ist durch eine zylindrische Stahlplatte 47 abgeschlossen, die in einen Abdichtungsflansch 48 übergeht, der mit dem einen Ende eines biegsamen Metallbalkens 40. verbunden ist, der mit seinem anderen Ende auf einer Wandungsplatte 50 aufrtihl, 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.

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 41, der vorzugsweise aus Siliciumcarbid besteht. Der Vorerhitzer 12 ist unter der Platte 47 angeordnet und wird von dieser in dem Kaum 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 ι τ 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 11 verlassenden Gas zu verhindern.

liine Isolierstoff schicht 53 ist auf der oberen !''lache der Platte 52 und eine weitere Isolierstoffsehicht 53,, 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 19 hindurchgehen. Die obere Kante des Zylinders 21 ist an die untere Fläche der Platte 52 angeschweißt und von dieser getragen. Das Auslaßrohr 19 ruht an seinem unteren Ende auf einem hohlen Fuß 54 und kann mit diesem durch die Verteilerkammer 18 auf- und abwärts geschoben werden, welche seinen unteren Teil über der Kühlkammer 27 umschließt und auf dieser abgestützt ist und ihrerseits die Modellplatte 46 trägt.

Mannlöcher, die durch Deckel 55 geschlossen sind, können in der Platte 47 ausgespart sein, um in dem Raum 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 1200⁰ 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 19 umschließenden Bodenplatte 46 für die Entfernung von Ablagerungen vorgesehen, die in dem Gaserzeuger aus verschiedenen Ursachen sich ansammeln können. Hohle Sammelringe 59, 60, an welche die in die beiden äußeren Ringräume an den Zylindern 20, 22 ausmündenden Rohre 61 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.

An den öffnungen, durch welche das Gasgemisch aus der Verteilerkammer 18 in den Gaserzeuger 11 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 τ8 zwischen dieser und der Mischkammer 15 angebracht sein kann, so daß die Mischung oder ioo 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 ultraakustisdien Schwingungen unterworfen, welche auf das Gasgemisch und den gebildeten Dampf übertragen werden. Die Frequenz der ultraakustisehen Schwingungen wird dabei vorzugsweise zwischen 60 und 100 kHz gewählt und kann durch 110· Einstellung im Bedarfsfall geändert werden.

Die Einwirkung der ultraakustischen Schwingungen auf das Gemisch hat folgende vorteilhafte Wirkungen:

a) Es ergibt sich eine bessere und innigere Mi- 115. schung zwischen dem Dampf und den mit diesem die in den Gaserzeuger 11 eingeführten Brennstoffteilchen.

b) Kohlenstoffteilchen können während des Gaserzeugungsvorganges durch Abscheidung aus dem 120· 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 Kohlenstoff- 125. teilchen werden in einer zweiten Arbeitsstufe nicht

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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. 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 ίο werden können. Auf diese Weise wird eine etwaige Überladung der Gaserzeugerabschnitte durch Kohlenstoff und ebenso das etwaige Kochen unter hohen Temperaturen vermieden.

d) Es findet gegebenenfalls eine Entgasung von flüssigen Teilchen statt, und der Siedepunkt der Gemischteilchen wird erniedrigt.

e) Gegebenenfalls ergibt sich eine Zunahme der Grenzoberfläche der Teilchen, und die Reaktionsgeschwindigkeiten werden während des ganzen Verfahrens gesteigert.

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 der Abnahme des Molekulargewichtes wachsen. Da während des Verfahrens nach der Erfindung die Temperaturen höher werden und das Molekulargewicht abnimmt, kann dabei die Schwingungsfrequenz zunehmen. Da die Dichte und der Radius der Teilchen Avährend des Verfahrens abnehmen, erfährt ihre Teilnahme an der Schwingung eine Steigerung.

Wie Abb. 4 und 5 zeigen, können bei dem Gaserzeuger nach Abb. 1 bis 3 röhrenförmige, strahlende 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 JJ aus Siliciumcarbid oder anderem stark hitzebeständigen Werkstoff ausmünden. Die Rohre JJ, die einen oval kreisförmigen Querschnitt aufweisen können, erstrecken sich genügend¹ 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 24 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.

Bei der aus Abb. 6 ersichtlichen Abänderung des

Gaserzeugers nach Abb. 1 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 hi'tzebeständigen 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 80 in eine Sammelkammer ausmünden, aus welcher das Abr gas nach dem Dampfkessel 40 (vgl. Abb. 1) 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.

Der in dem Raum zwischen den Zylindern 23 und 24 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.

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 \^erunreinigungen aus dem Gas dienen, bevor dieses nach der katalytisch wirkenden. Masse 25 gelangt. Diese Reinigungsmasse kann wichtig sein, wenn schwefelhaltige Petroleumflüssigkeiten als Brennstoffe benutzt werden, da hierbei der Schwefel aus dem Koblenwasserstoffdampf und dem 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 A^erfahren bewirkt werden. Bei hohen Temperaturen über 1300⁰ C hat der Schwefel mehr Anziehungswirkung auf den Wasserstoff in H₂S als für den Nickelkatalysator. Daher wird bei hohen, im abschließenden Behandlungsstadium erzielten Temperaturen eine geringere Giftwirkung des Katalysators durch Schwefel¹ zu erwarten sein.

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 24 und 23 eingebracht und ein anderer außenseitiger Abschnitt hinzugefügt wird. Auch kann das meist aus Wasserstoff und CO bestehende gespaltene Gas, z. B. Eisenoxyd, d. h. Eisenerz, zu Eisen reduzieren,

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Claims

St 3907 IVc/26 a ohne- da'! mau metallurgischen Koks tür diesen Zweck benötigt. I )er Sauerstoff des Eisenoxydes wird Wasser mit dem Wasserstoff bilden und mit dem ('() zu ('()., werden. Da Siliciumcarbid Tempcraturcn bis zu 1650' C aushalf, kann die Tempera 111 r in dem erst.Mi Abschnitt zwischen den Zylindern 23 und j.\ gesteigert werden, um in dem Abschnitt zwischen den Zylindern 22, 23 eine noch höhere Temperatur zu ermöglichen. in [)ie hcc|ueme Speisung des Gaserzeugers 11 vom Kopfteil aus und die bequeme Abführung des erzeugten (iases aus dem t iaserzeugerboden gestattet die Ausführung eines kombinierten Ofens für die Erzeugung von (Jas und für die Gewinnung von Ki sen oder für andere chemisch-metallurgische Verfahren, Die Wahl der richtigen Abmessung und die Durclibildiing der baulichen Kinzellieiten dieses I )oppelofens sind ohne weiteres dem Fachmann geläufig. Dabei kann für die Durchführung des αϊ) chemischen Verfahrens, welches das erzeugte Gas zur Gewinnung von Kisen aus F.isenerz 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 verläüt, und ebenso die hohe Temperatur der bei diesen hohen Wärmegraden für die Reduzierung der Oxyde dienenden Stoffe 11., und CO mit Vorteil ausnutzbar. Die Krlhiduiig stellt gegenüber den bekannten, für den gleichen Zweck verwendeten Verfahren und Vorrichtungen auch insofern eine wesentliche Verbesserung dar, als eine heißere letzte Behandhmgsstufe 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 (iiftwirkung auftreten. Ferner werden bei höheren Temperaturen die Teile des erfindungsgemäß ausgebildeten Gaserzeugers kaum beschädigt oder verschlechtert, und außerdem bestellt die Möglichkeit ihres Ersatzes ohne ernstliche Unterbrechung des Verfahrensganges. Weiterhin kann eine selbsttätige Überwachung und Steuerung des Ali Gasgemisches und der Menge und der Temperatur des erzeugten Gases erfolgen, indem in den verschiedenen Vcrfahrensabschuitten Proben des Gases und des Katalysators leicht entnommen werden können und sich jeder gewünschte Wärmeinhalt des erzeugten (iases durch entsprechende Einstellung der Steuervorrichtung für die Gemischbestandteile des aus dem Gaserzeuger in den verschiedenen Behaiidlungsstufen entnommenen Gases erreichen läßt. Ferner können verschiedene chemische Verfahren 5!) mit der Gaserzeugung nach der Erfindung kombiniert werden, wie z. II. die Behandlung von Eisenoxyd, das durch Benutzung des umformenden Gases wie es aus dem Gaserzeuger kommt, reduziert werden kann, da dieses Wasserstoff und Kohlen- fio monoxyil enthält und diese Stoffe das Oxyd erzeugende Kiscii ohne Verwendung von Koks reduzieren. ICi 11 weiterer Vorteil eines erfmdungsgemäß aus geführten Gaserzeugers ist die leichte Zugänglichkeit seiner Teile für die Überwachung und den Ersatz, da die Deckel und die von diesen getragenen Teile leicht als Einheiten entfernbar sind und auch die Ix'iden 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 1.äugen sind kurz und gestatten ein rasches Anlassen und ein schnelles Arbeiten des Ciaserzeugers. Außerdem sind die Metallteile des Gaserzeugers vollständig von Korrosion durch die aus den Strahlbrenner austretenden Abgase geschützt. Schließlich zeichnet sicli 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 Wärmeverlustc durch Strahlung vor den mit einem langen Rohr arbeitenden Gasutnformungsöfen bekannter Ausführung aus, wozu noch eine Anpaßbarkcit an verschiedene Benutzungszwecke und die Mannigfaltigkeit der mit: ihm durch Regelung des Gemisches und der Temperatur sowie der abschließenden Verfahrensstufe erzielbaren Produkte und seine dadurch gegebene weite An-Wendungsmöglichkeit kommen. Bei allen Ausführungen des Gaserzeugers nach der Erfindung erfolgt die Erzeugung von Heizgas mit geringem Heizwert aus Kohlenwasserstoffen und Wasser dadurch, daß man ein aus Kohlenwasserstoff und Wasser gebildetes strömungsfähiges Gemisch der Einwirkung von !litze in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen aussetzt, von denen die letzte eine Temperatur von mindestens 10800C aufweist und das Volumen und die, Temperatur des Gemisches bis auf den Krackungspunkt des Kohlenwasserstoffes und den Dissoziationspunkt des Wassers zur Erzielung der Heizgase bringt. Dabei kann das Gemisch gegebenenfalls in der letzten TTeizstufe einer katalytischen Wirkung unterworfen und vor der Hitzebchandlung in Schwingungen hoher Frequenz versetzt werden. P A T ENTANS P Ιΐ Π CIIE:

1. Verfahren zur Erzeugung von Heizgas mit geringem Heizwert aus Kohlenwasserstoffen mit hohem Heizwert und aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf und vorerhitzter Luft gebildet und dieses Gemisch in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen mit steigender Temperatur und zunehmendem Volumen schrittweise auf eine hohe Temperatur erhitzt und die Erhitzung in der letzten Stufe in Anwesenheit eines bei der Temperatur dieser Stufe die Krackung der Kohlenwasserstoffe und die

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Dissoziation des Wasserdampfes hervorrufenden Katalysators durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch schrittweise von einer unter 540⁰ C in der ersten Stufe liegenden Temperatur bis auf eine über 1080⁰ C in der letzten Stufe steigende Temperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in der letzten Stufe auf eine Temperatur von 1200 ° C erhitzt . wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch vor der Hitzebehandlung in Schwingungen hoher Frequenz versetzt wird.

5. Gaserzeuger zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Erhitzer (11) aus mehreren mit zunehmendem Durchmesser konzentrischen Zylindern (20. bis 24), die ringförmige, miteinander abwechselnd oben und unten in Verbindung stehende Teilräume begrenzen und so für das zu behandelnde Gasgemisch einen Führungsweg in Form einer verlängerten Kammer mit schrittweise zunehmendem Querschnitt ergeben und von denen der oder die äußeren Zylinder (23, 24) aus einem temperaturfesten Werkstoff und die inneren Zylinder (20, 21, 22) aus Metall, vorzugsweise einem Sonderstahl, gefertigt sind.

6. Gaserzeuger nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch äußere Zylinder (23, 24) aus übereinandergesetzten Teilen aus stark hitzebeständigem Werkstoff, die an ihren ineinandergreifenden Verbindungsflächen durch Zement oder ein anderes Bindemittel vereinigt sind.

7. Gaserzeuger nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch äußere Zylinder (23, 24), die mit ihren unteren Enden auf axial nach unten verschiebbaren Säulen (43, 45) aufruhen und an ihren oberen Enden sich frei bei Temperaturänderungen unter Anheben bzw. Senken einer aufliegenden Druckplatte (47 bzw. 52) aus feuerfestem Stoff ausdehnen bzw. zusammenziehen.

8. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche.5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen inneren, konzentrischen Zylinder (20, 21, 22) an ihren oberen bzw. unteren Enden abwechselnd an eine Bodenplatte (46) bzw. an eine Deckplatte (52) des sie umschließenden äußeren Zylinders (23) angeschweißt sind und mit Abstand über diesen ausmünden bzw. eine bestimmte Entfernung von diesem einhalten.

9. Gaserzeuger nach den Ansprüchen 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine auf dem äußersten Zylinder (24) aus hitzebeständigem Werkstoff aufliegende feuerfeste Deckplatte (47), die auch nach Entfernung des Zylinders (24) durch zusätzliche Halteglieder (51) in ihrer Lage gesichert ist.

10. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren, aus feuerfestem Werkstoff bestehenden Zylinder (23, 24) verschieden lang sind und je durch eine Deckplatte (52 bzw. 47) an ihren oberen, in unterschiedlichen, von innen nach außen fortschreitenden Höhen liegenden Enden abgeschlossen sind.

11. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine selbsttätige Steuervorrichtung (31 bis 35) vorgesehen ist, welche die Verwendung des in den inneren Zylindern (20, 21, 22) entstehenden und daraus entnommenen Gases zur Anreicherung des umgeformten Gases so regelt, daß als Endprodukt sich ein Gas von bestimmtem und konstantem Heizwert ergibt.

12. Gaserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsbrenner (38) außerhalb des oder der aus feuerfestem Werkstoff bestehenden Zylinder (23, 24) angeordnet sind, so daß die inneren Zylinder (20, 21, 22) gegen die Korrosionswirkung der aus der Verbrennung durch die Brenner herrührenden heißen Produkte geschützt sind.

13. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Zylinder (20, 21, 22) durch aus einem Sonder- go stahl bestehende Rohre von gängigen Abmessungen gebildet sind.

14. Gaserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllung, welche aus dem Gasgemisch die eine Vergiftung der Katalysatormasse (25) in der letzten Erhitzungsstufe herbeiführenden Bestandteile entfernt, in dem dieser Stufe vorgeschalteten Ringraum (22, 23) vorgesehen ist.

15. Gaserzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des die Katalysatormasse (25) enthaltenden Ringraumes (23, 24) öffnungen (56) für die Entnahme und Erneuerung der Katalysatorfüllung (25) während des Betriebes angeordnet sind.

16. Gaserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fraktionierungskessel (13) vorgesehen ist, in welchem die schwersten Öle durch das erzeugte Gas erhitzt werden und ein Teil des Öles zu leichteren, in die konzenirischen Zylinder (20 bis 24) zwecks Umformung eingeführten Produkten und zu schweren, zur Hitzeerzeugung verwendeten Ölen fraktioniert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen