EP0412511A1 - Process for preparation of fuel gas mixture - Google Patents

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EP0412511A1
EP0412511A1 EP90115179A EP90115179A EP0412511A1 EP 0412511 A1 EP0412511 A1 EP 0412511A1 EP 90115179 A EP90115179 A EP 90115179A EP 90115179 A EP90115179 A EP 90115179A EP 0412511 A1 EP0412511 A1 EP 0412511A1
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fuel gas
gas mixture
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EP90115179A
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Heinz Dipl.-Ing. Sadjina
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a two-component or multi-component fuel gas mixture.
  • the invention aims to provide fuel gas mixtures which generally contain acetylene, in particular at the user's site. As is known, there is a risk with such mixtures that they will disintegrate or even decompose explosively at a comparatively low excess pressure and relatively low ignition energy. The preparation of such mixtures is therefore associated with particular difficulties.
  • the object of the present invention was therefore to provide a method with which fuel gases with different compositions and properties can be made available in a favorable and changeable manner.
  • This object is achieved according to the invention in that the necessary fuel gas components are provided separately and mixed with regard to the desired fuel gas mixture property, taking into account safety-related conditions.
  • This is advantageously carried out automatically, in such a way that a computing and setting unit determines and sets the settings for the gas supply resulting from the desired fuel gas property.
  • the method according to the invention makes it possible to provide tailor-made fuel gases in a wide range. It is essential that the desired fuel gas properties are based on theoretical relationships and key figures (eg densities, masses, energy content and the functional relationships of these variables) Gas mixtures) is precisely defined (or even several properties) and based on this knowledge and thus the possibility of recalculation, the setting of the fuel gas mixture takes into account safety-related conditions.
  • Target properties for a fuel gas mixture are, for example, the fuel gas density, primary flame output, flame temperature, ignition speed, flame stability, gas mixture stability and compressibility.
  • characteristic quantities are measured in the gas mixture generated in accordance with the determined presetting and fed to the computing and setting unit, the resulting fuel gas property being determined and this being compared with the predetermined target value, whereupon, if necessary, a corresponding readjustment the supply of the starting gases takes place.
  • this variant of the method according to the invention has a mode of operation which is particularly exact with regard to compliance with the desired fuel gas property. It is particularly advantageous if the desired fuel gas property can be reliably determined with less measuring and computing effort.
  • a further advantageous embodiment in particular for gas mixtures which are critical with regard to safety - high acetylene contents - consists in continuously determining safety-relevant data of the mixed gas and these must be within predetermined limits in order to maintain the mixed gas generation.
  • the oxygen carrier i.e. the oxygen-supplying gas, for example air, oxygen or ozone
  • the oxygen-supplying gas for example air, oxygen or ozone
  • the possibility of influencing the fuel gas property with inert gases within the process according to the invention may be advantageous, i.e. to bring about a reduction in flame temperature, for example by adding nitrogen to the fuel gas mixture.
  • the numbers 1, 2 and 3 initially generally depict gas sources which supply the individual starting fuel gases or fuel gas components. These are connected via lines 4, 5 and 6 to a gas mixer 7, to which a consumer 13 is in turn connected via a line 11.
  • a gas mixer 7 to which a consumer 13 is in turn connected via a line 11.
  • measuring and control elements 8, 9, 10 and 12 which on the one hand measure certain data and on the other hand can regulate the gas flow flowing through them.
  • a computing and setting unit 15 is connected to all existing measuring and control elements and adjusts these in accordance with entered or determined data and by means of signals generated therefrom and on the other hand can be supplied by them with measured and control values from the respective lines.
  • propane contributes to the stabilization and compressive strength of the mixture and should therefore be contained as much as possible.
  • This gas mixture can be programmed and delivered immediately with the automated version of the present invention programmed according to the present problem - the target property is the fuel gas density, relationships between the densities of the individual gases and the gas mixture as well as between the densities and the volumes and density values are programmed, since the appropriate setting of the setting elements 8, 9, 10 is also carried out automatically.
  • these setting elements advantageously consist of the mass flow meters which have recently been developed to perfection and which operate with high precision and reliably. In certain applications, however, volume-determining flow meters can also be suitable.
  • pressure values are also maintained via the setting elements, which are acceptable from a safety point of view for a fuel gas mixture of this composition.
  • this pressure range extends up to the order of 8 bar overpressure, although in view of the legal provisions, work is usually considerably lower. Pressures below 2 bar are the standard. If higher pressures are required, however, a pressure increase downstream of the fuel gas mixture can be provided, for example. In principle, higher pressures are also possible within the process.
  • the present method the possibility of a highly flexible fuel gas supply from two or more starting fuel gases is obtained while taking into account the safety-related boundary conditions for these fuel gases.

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Abstract

The process is to provide a two- or multi-component fuel gas mixture for solving combustion-technological problems, for which different compositions should be available in an unlimited wide range. This is achieved by separately providing different fuel gas components and mixing these with a view to the desired fuel gas property, allowing for safety engineering conditions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zwei- oder mehrkomponentigen Brenngasgemisches.The invention relates to a method for producing a two-component or multi-component fuel gas mixture.

Die Erfindung zielt auf die Bereitstellung von in der Regel acetylenhaltigen Brenngasgemischen, insbesondere vor Ort beim Anwender ab. Bei solchen Gemischen besteht bekannterweise die Gefahr, daß sie schon bei vergleichsweise geringem Überdruck und verhältnismäßig geringer Zündenergie zerfallen oder sich sogar explosionsartig zersetzen. Die Herstellung derartiger Gemische ist deshalb mit besonderen Schwierigkeiten verbunden.The invention aims to provide fuel gas mixtures which generally contain acetylene, in particular at the user's site. As is known, there is a risk with such mixtures that they will disintegrate or even decompose explosively at a comparatively low excess pressure and relatively low ignition energy. The preparation of such mixtures is therefore associated with particular difficulties.

Aus diesem Grund werden bis heute für brenntechnische Aufgaben nur entweder ungemischte Reingase (Acetylen, Ethylen, Wasserstoff, Propylen, Propan, ...) oder fertige Mischungen angeboten und angewendet. Deshalb muß der Anwender nach der Auswahl eines bestimmten Brenngases oder Brenngasgemisches mit den dann vorhandenen Eigenschaften dieses Gases zurecht kommen, auch wenn unterschiedliche brenntechnische Aufgaben zu lösen sind. Beim Anwender besteht also nicht die Möglichkeit, die Brenngas­eigenschaften auf unterschiedliche Anwendungen hin zu optimieren. Bekannt und möglich ist lediglich noch die Einflußnahme über den zur Verbrennung ebenfalls zuzuführenden Sauerstoffträger, z.B. in Form eines Sauerstoffgases mit unterschiedlichen Sauerstoffgehalten.For this reason, only unmixed pure gases (acetylene, ethylene, hydrogen, propylene, propane, ...) or ready-made mixtures are offered and used for firing tasks. Therefore, the user has to select a specific fuel gas or fuel gas mixture with the then available properties manage this gas, even if different combustion tasks have to be solved. So there is no possibility for the user to optimize the fuel gas properties for different applications. It is only known and possible to influence the oxygen carrier which is also to be supplied for combustion, for example in the form of an oxygen gas with different oxygen contents.

Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Brenngase mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften auf günstige Weise und veränderbar zur Verfügung gestellt werden können.The object of the present invention was therefore to provide a method with which fuel gases with different compositions and properties can be made available in a favorable and changeable manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die notwendigen Brenngaskomponenten getrennt bereitgestellt und im Hinblick auf die gewünschte Brenngasgemisch-Eigenschaft, unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Bedingungen, gemischt werden.This object is achieved according to the invention in that the necessary fuel gas components are provided separately and mixed with regard to the desired fuel gas mixture property, taking into account safety-related conditions.

In vorteilhafter Weise wird dies automatisiert ausgeführt, und zwar in der Weise, daß eine Rechen- und Einstell­einheit die aus der gewünschten Brenngas-Eigenschaft sich ergebenden Einstellungen für die Gaszufuhr ermittelt und diese einstellt.This is advantageously carried out automatically, in such a way that a computing and setting unit determines and sets the settings for the gas supply resulting from the desired fuel gas property.

Durch die erfindungsgemäße Methode ist es möglich, in weiten Bereichen maßgeschneiderte Brenngase bereitzustellen. Wesentlich dabei ist, daß die gewünschten Brenngas-Eigenschaften über theoretische Zusammenhänge und Kennzahlen (z.B. Dichten, Massen, Energieinhalte und die funktionalen Zusammenhänge dieser Größen im Hinblick auf Gasmischungen) genau definiert wird (oder sogar mehrere Eigenschaften) und basierend auf dieser Kenntnis und somit der Möglichkeit der Rückrechnung die Einstellung der Brenngasmischung unter Berücksichtigung auch sicherheits­technischer Bedingungen erfolgt. Ziel-Eigenschaften für ein Brenngasgemisch sind beispielsweise die Brenngasdichte, Primärflammenleistung, Flammentemperatur, Zündgeschwindig­keit, Flammenstabilität, Gasgemischstabilität und Verdichtungsfähigkeit. Zur Erläuterung bezüglich der Eigenschaften eines Brenngasgemisches bei sich ändernder Zusammensetzung sei an dieser Stelle beispielhaft folgender tendenzieller Zusammenhang vorgestellt: ein höherer Acetylengehalt in einem Gemisch bewirkt eine höhere Flammleistung bei niedrigerer Brenngasdichte und bei nur geringerem zulässigen Leitungsdruck und ebenso niedrigerer Gasstabilität.The method according to the invention makes it possible to provide tailor-made fuel gases in a wide range. It is essential that the desired fuel gas properties are based on theoretical relationships and key figures (eg densities, masses, energy content and the functional relationships of these variables) Gas mixtures) is precisely defined (or even several properties) and based on this knowledge and thus the possibility of recalculation, the setting of the fuel gas mixture takes into account safety-related conditions. Target properties for a fuel gas mixture are, for example, the fuel gas density, primary flame output, flame temperature, ignition speed, flame stability, gas mixture stability and compressibility. To explain the properties of a fuel gas mixture with a changing composition, the following trend relationship is presented here as an example: a higher acetylene content in a mixture results in a higher flame output with a lower fuel gas density and with only a lower permissible line pressure and also lower gas stability.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgesehen, daß bei dem entsprechend der ermittelten Voreinstellung erzeugten Gasgemisch kennzeichnende Größen gemessen und der Rechen- und Einstelleinheit zugeführt werden, wobei die sich daraus ergebende Brenngaseigenschaft ermittelt wird und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, worauf gegebenenfalls eine entsprechende Nachregelung der Zufuhr der Ausgangsgase erfolgt.In an advantageous embodiment, it is provided that characteristic quantities are measured in the gas mixture generated in accordance with the determined presetting and fed to the computing and setting unit, the resulting fuel gas property being determined and this being compared with the predetermined target value, whereupon, if necessary, a corresponding readjustment the supply of the starting gases takes place.

Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt mit der vorhandenen Rückkopplung eine im Hinblick auf die Einhaltung der angestrebte Brenngaseigenschaft besonders exakte Arbeitsweise. Sie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die angestrebte Brenngaseigenschaft mit geringerem Meß- und Rechenaufwand zuverlässig ermittelt werden kann.With the existing feedback, this variant of the method according to the invention has a mode of operation which is particularly exact with regard to compliance with the desired fuel gas property. It is particularly advantageous if the desired fuel gas property can be reliably determined with less measuring and computing effort.

Eine weitere günstige Ausgestaltung, insbesondere für im Hinblick auf die Sicherheit kritische Gasmischungen - hohe Acetylengehalte - besteht darin, daß ständig sicherheitstechnisch relevante Daten des Mischgases ermittelt werden und diese sich innerhalb vorgegebener Grenzen befinden müssen, um die Mischgaserzeugung aufrechtzuerhalten.A further advantageous embodiment, in particular for gas mixtures which are critical with regard to safety - high acetylene contents - consists in continuously determining safety-relevant data of the mixed gas and these must be within predetermined limits in order to maintain the mixed gas generation.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann neben der Brenngasmischung auch der Sauerstoffträger, d.h. das sauerstoffliefernde Gas, beispielsweise Luft, Sauerstoff oder Ozon, bezüglich Auswahl und Zusammensetzung variiert werden, wodurch eine weiter Beeinflußungsmöglichkeit der zu gestaltenden Verbrennung erhalten wird. Dies kann gegebenenfalls in die vorhandenen Rechen- und Einstelleinheit integriert werden.In a further advantageous development, in addition to the fuel gas mixture, the oxygen carrier, i.e. the oxygen-supplying gas, for example air, oxygen or ozone, can be varied in terms of selection and composition, as a result of which a further possibility of influencing the combustion to be designed is obtained. If necessary, this can be integrated into the existing computing and setting unit.

Darüber hinaus ist unter Umständen die Möglichkeit von Vorteil, mit inerten Gasen innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens Einfluß auf die Brenngas-Eigenschaft zu nehmen, d.h. beispielsweise durch die Zumischung von Stickstoff zum Brenngasgemisch eine Flammtemperaturerniedrigung zu bewirken.In addition, the possibility of influencing the fuel gas property with inert gases within the process according to the invention may be advantageous, i.e. to bring about a reduction in flame temperature, for example by adding nitrogen to the fuel gas mixture.

Anhand der schematischen Zeichnung soll nun beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren naher erläutert werden.The method according to the invention will now be explained in more detail by way of example with reference to the schematic drawing.

Im dargestellten Schema sind mit den Ziffern 1, 2 und 3 zunächst allgemein Gasquellen dargestellt, die die einzelnen Ausgangsbrenngase oder Brenngaskomponenten liefern. Diese sind über Leitungen 4, 5 und 6 mit einem Gasmischer 7 verbunden, an den wiederum über eine Leitung 11 ein Verbraucher 13 angeschlossen ist. In den Leitungen 4, 5, 6 und 11 sind jeweils Meß- und Regelelemente 8, 9, 10 und 12 angeordnet, die einerseits bestimmte Daten messen und andererseits den durch sie fließenden Gasstrom regulieren können. Eine Rechen- und Einstelleinheit 15 ist mit allen vorhandenen Meß- und Regelelementen verbunden und stellt diese entsprechend eingegebener oder ermittelter Daten und mittels daraus erzeugter Signale ein und kann andererseits von diesen mit Meß- und Kontrollwerten aus den jeweiligen Leitungen versorgt werden.In the diagram shown, the numbers 1, 2 and 3 initially generally depict gas sources which supply the individual starting fuel gases or fuel gas components. These are connected via lines 4, 5 and 6 to a gas mixer 7, to which a consumer 13 is in turn connected via a line 11. In the lines 4, 5, 6 and 11 are each arranged measuring and control elements 8, 9, 10 and 12, which on the one hand measure certain data and on the other hand can regulate the gas flow flowing through them. A computing and setting unit 15 is connected to all existing measuring and control elements and adjusts these in accordance with entered or determined data and by means of signals generated therefrom and on the other hand can be supplied by them with measured and control values from the respective lines.

Soll nun beispielsweise ein Brenngasgemisch mit etwas geringerer Dichte als Luft, z.B. mit 80 Vol-% Äthylen und Rest Acetylen und Propan hergestellt werden, so darf ein Propangehalt von etwa 5 Vol-% nicht überschritten werden (Propan ist schwerer als Luft!). Andererseits trägt Propan zur Stabilisierung und Druckfestigkeit des Gemisches bei und soll deshalb größtmöglichst enthalten sein.For example, if a fuel gas mixture with a slightly lower density than air, e.g. with 80 vol% ethylene and the rest acetylene and propane, a propane content of about 5 vol% must not be exceeded (propane is heavier than air!). On the other hand, propane contributes to the stabilization and compressive strength of the mixture and should therefore be contained as much as possible.

Diese Gasmischung kann mit der automatisierten und entsprechend der vorliegenden Problemstellung programmierten Version der vorliegenden Erfindung - Zieleigenschaft ist die Brenngasdichte, Zusammenhänge zwischen den Dichten der Einzelgase und dem Gasgemisch sowie zwischen den Dichten und den Volumina und Dichtewerte sind programmiert - sofort berechnet und geliefert werden, da auch die geeignete Einstellung der Einstellglieder 8, 9, 10 automatisch erfolgt. Diese Einstellglieder bestehen im vorliegenden Fall mit Vorteil aus den in jüngerer Zeit zur Perfektion entwickelten Massendurchflußmessern, die hochpräzise und zuverlässig arbeiten. In bestimmten Anwendungsfällen können jedoch auch volumenbestimmende Durchflußmesser geeignet sein.This gas mixture can be programmed and delivered immediately with the automated version of the present invention programmed according to the present problem - the target property is the fuel gas density, relationships between the densities of the individual gases and the gas mixture as well as between the densities and the volumes and density values are programmed, since the appropriate setting of the setting elements 8, 9, 10 is also carried out automatically. In the present case, these setting elements advantageously consist of the mass flow meters which have recently been developed to perfection and which operate with high precision and reliably. In certain applications, however, volume-determining flow meters can also be suitable.

Erfindungsgemäß werden auch über die Einstellglieder Druckwerte eingehalten, die für ein Brenngasgemisch dieser Zusammensetzung vom Sicherheitsstandpunkt aus vertretbar sind. Dieser Druckbereich reicht prinzipiell etwa bis in die Größenordnung von 8 bar Überdruck, wobei vor dem Hintergrund gesetzlicher Bestimmungen im Regelfall erheblich darunter gearbeitet wird. Drücke unterhalb 2 bar sind der Standard. Bei Bedarf höherer Drücke kann jedoch beispielsweise eine der Brenngasmischung nachgeschaltete Druckerhöhung vorgesehen werden. auch sind verfahrensintern im Prinzip höhere Drücke möglich.According to the invention, pressure values are also maintained via the setting elements, which are acceptable from a safety point of view for a fuel gas mixture of this composition. In principle, this pressure range extends up to the order of 8 bar overpressure, although in view of the legal provisions, work is usually considerably lower. Pressures below 2 bar are the standard. If higher pressures are required, however, a pressure increase downstream of the fuel gas mixture can be provided, for example. In principle, higher pressures are also possible within the process.

Geht man von einem Sicherheits-Grenzdruck von etwa 2 bar aus und programmiert diesen ebenfalls, so besteht zusätzlich - bei Anordnung eines Drucksensors in der Einheit 12 - eine sicherheitstechnische Erweiterungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich durch den Vergleich des tatsächlich gemessenen Arbeitsdrucks (< 2 bar) mit dem Grenzdruckwert, wobei gegebenenfalls eine Sicherheitsschaltung ausgelöst werden kann.If one assumes a safety limit pressure of approximately 2 bar and also programs it, then there is an additional safety-related expansion option for the method according to the invention, if a pressure sensor is arranged in unit 12, namely by comparing the actually measured working pressure (<2 bar). with the limit pressure value, whereby a safety circuit can be triggered if necessary.

Mit dem vorliegenden Verfahren erhält man so die Möglichkeit einer hochflexiblen Brenngasbereitstellung aus zwei oder mehr Ausgangsbrenngasen unter gleichzeitiger Berücksichtigung der sicherheitstechnischen Randbedingungen für diese Brenngase.With the present method, the possibility of a highly flexible fuel gas supply from two or more starting fuel gases is obtained while taking into account the safety-related boundary conditions for these fuel gases.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bereitstellung eines zwei- oder mehrkomponentigen Brenngasesgemisches mit bestimmten Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngaskomponenten getrennt bereitgestellt und im Hinblick auf die gewünschte Brenngasgemisch-Eigenschaft unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Bedingungen gemischt werden.1. A method for providing a two- or multi-component fuel gas mixture with certain properties, characterized in that the fuel gas components are provided separately and mixed with regard to the desired fuel gas mixture property, taking into account safety-related conditions. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasmischung automatisiert ausgeführt wird, und zwar in der Weise, daß eine Rechen- und Einstell­einheit die aus der gewünschten Brenngas-Eigenschaft sich ergebenden Einstellungen für die Gaszufuhr ermittelt und diese einstellt.2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel gas mixture is carried out automatically, in such a way that a computing and setting unit determines the settings for the gas supply resulting from the desired fuel gas property and sets them. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem entsprechend der ermittelten Voreinstellung erzeugten Gasgemisch kennzeichnende Größen gemessen und der Rechen- und Einstelleinheit zugeführt werden, wobei die sich daraus ergebende Brenngaseigenschaft ermittelt wird und diese mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, worauf gegebenenfalls eine entsprechende Nachregelung der Zufuhr der Ausgangsgase erfolgt.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that in the gas mixture generated in accordance with the determined presetting characteristic quantities are measured and fed to the computing and setting unit, the resulting fuel gas property being determined and comparing it with the predetermined target value is, where appropriate, a corresponding readjustment of the supply of the starting gases takes place. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ständig sicherheitstechnisch relevante Daten des Mischgases ermittelt werden und diese sich innerhalb vorgegebener Grenzen befinden müssen, um die Mischgaserzeugung aufrechtzuerhalten.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that safety-relevant data of the mixed gas are constantly determined and these must be within predetermined limits in order to maintain the mixed gas generation. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Brenngasmischung auch eine Einstellung des Sauerstoffträgers hinsichtlich seiner Auswahl und seiner Zusammensetzung durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in addition to the fuel gas mixture also an adjustment of the oxygen carrier is carried out with regard to its selection and its composition. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischung von Inertgas zum Brenngasgemisch durchgeführt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an admixture of inert gas to the fuel gas mixture is carried out.
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DE19893926418 DE3926418A1 (en) 1989-08-10 1989-08-10 METHOD FOR PRODUCING A COMBUSTION GAS MIXTURE
DE3926418 1989-08-10

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