DE433519C - Gas combustion and heating apparatus, especially for systems for the production of hydrogen and nitrogen - Google Patents

Description

Gasverbrennungs- und Erbitzungsapparat, im besonderen für Anlagen zur Darstellung - von Wasserstoff und Stickstoff. Zur Herstellung von Wasserstoff und Stickstoff mittels Reduktionsgasen und eines Metalloxyds, z. B. Eisenoxyd, muß man, bei einer Temperatur von etwa 7oo°, die heißen Reduktionsgase auf das Metalloxyd einwirken lassen, um das Oxyd oder Erz in Metall umzuwandeln. Auf das in dieser Weise erhaltene .Metall läßt man hierauf entweder Wasserdampf, wenn man Wasserstoff erhalten will, oder Luft bzw. Gase, welche Stickstoff und Sauerstoff enthalten, einwirken, wenn man Stickstoff erhalten will. Die langwierigste und schwierigste Operation besteht in der Reduktion des metallischen Oxyds. Es ist deshalb notwendig die Apparate vorher zu erhitzen und die Reduktionsgase, vor ihrem Eintritt in den Reaktionsraum auf die Reaktionstemperatur vorzuerhitzen, und zwar in rasch aufeinanderfolgender und häufiger Abwechselung, da die Reduktions- und die Oxydationsreaktionen in einer Stunde häufig mehrere Male aufeinanderfolgen. Die vorliegende Vorrichtung gestattet diese aufeinanderfolgenden und mehrfach sich wiederholenden Operationen in rationeller u:Yd ökonomischer Weise durchzuführen.Gas combustion and erasing apparatus, especially for systems to represent - of hydrogen and nitrogen. For the production of hydrogen and nitrogen by means of reducing gases and a metal oxide, e.g. B. iron oxide, must one, at a temperature of about 700 °, the hot reducing gases on the metal oxide Let it act to convert the oxide or ore into metal. On that in this one The metal obtained in this way is then either water vapor or hydrogen wants to receive, or air or gases containing nitrogen and oxygen, act if you want to get nitrogen. The most tedious and difficult The operation consists in the reduction of the metallic oxide. It is therefore necessary to heat the apparatus beforehand and the reducing gases before they enter the To preheat the reaction space to the reaction temperature, in quick succession and more frequent alternation, since the reduction and oxidation reactions are in one Hour often several times in a row. The present device allows these successive and repetitive operations in a more rational way u: Yd to perform economically.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.An exemplary embodiment is shown in the accompanying drawing.

Der Erhitzungsapparat besteht aus einer oder mehreren Kammern i aus feuerfestem Material, gegebenenfalls mit Blechummantelung, die innen mit feuerfesten Körpern (Steinen) a ausgefüllt werden, die, wie bei den Wärmesammlern, in Gruppen oder sonstwie geeigneter Weise aufgestapelt werden.The heating apparatus consists of one or more chambers i refractory material, if necessary with sheet metal casing, the inside with refractory Bodies (stones) a are filled, which, as with the heat collectors, in groups or otherwise appropriately stacked.

Die Kammern i sind oben mit Brennern 3 versehen, die durch die zu verbrennenden Gase behufs Erhitzung gespeist werden. Diese Gase werden hauptsächlich -den überschüssigen reduzierenden Gasen entlehnt, die bereits voraufgehend in einem oder mehreren benachbarten Reduktionsapparaten gearbeitet haben und die mehr oder minder heiß aus diesen Apparaten austreten eventuell nach Wärmeabgabe an die eintretenden kalten Gase. Selbstverständlich sind für jeden einzelnen Brenner 3 regelbare Einlässe für Luft vorgesehen, die eventuell vorher erhitzt werden kann; auch die Gaszuleitung zu den Brennern ist regelbar.The chambers i are provided at the top with burners 3 through which to burning gases are fed for heating. These gases are mainly -Looked from the excess reducing gases already prevailing in one or several neighboring reduction apparatuses have worked and the more or Leaving these devices less hot, possibly after giving off heat to those entering cold gases. Of course, there are 3 adjustable inlets for each individual burner intended for air, which can possibly be heated beforehand; also the gas supply line to the burners is adjustable.

In einem gewissen Abstande unter der Füllung ist in dem Erhitzer ein seitlicher Kanal 4. mit Drosselklappe ¢a vorgesehen, der die Verbindung mit dem Reaktionsapparat 8 herstellt. Unterhalb des Einsatzstapels mündet ein entsprechender Kanals ein, der ebenfalls mit dem Reaktionsapparat 8 durch eine senkrechte Leitung 5a mit Drosselklappe 5b in Verbindung steht.At a certain distance under the filling there is a heater in the heater lateral channel 4. with throttle valve ¢ a provided, which connects with the Reaction apparatus 8 produces. A corresponding one opens below the stack of inserts Channel, which is also connected to the reaction apparatus 8 through a vertical line 5a is in communication with throttle valve 5b.

Die Leitung 5a steht durch eine Klappe o. dgl. i o mit einem Kanal in Verbindung, die die Gase in den unteren Teil des Apparates leitet, wo gegebenenfalls ein Dampf-oder Luftüberhitzer g angeordnet ist.The line 5a stands through a flap or the like with a channel in connection that directs the gases to the lower part of the apparatus, where appropriate a steam or air superheater g is arranged.

In den unteren Teil des Apparates mündet ferner ein Kanal 6 mit Klappe 6a, durch den die zu erhitzenden Gase eintreten.Opens into the lower part of the apparatus further a Channel 6 with flap 6a through which the gases to be heated enter.

Bei Herstellung von Wasserstoff oder Stickstoff zerfällt bei normalem Gange bei jedem geschlossenen Fabrikationskreislauf (Kreislauf, der sich periodisch mehrere Male pro Stunde wiederholt) der Arbeitsgang in drei Arbeitsabschnitte.When producing hydrogen or nitrogen, it decomposes with normal Goes with every closed production cycle (cycle, which is periodic repeated several times per hour) the work process in three work stages.

i. Erhitzung des Apparates mit dem Stapeleinsatz; 2. Erhitzung der Reduktionsgase auf ihrem Wege zu dem benachbarten Reaktionsapparat; 3. Gewinnung von Wasserstoff oder Stickstoff durch Einwirkung von Wasserdampf oder Luft auf das reduzierte Eisen.i. Heating the apparatus with the stack insert; 2. Heating the Reducing gases on their way to the adjacent reactor; 3. Extraction of hydrogen or nitrogen by the action of water vapor or air on the reduced iron.

Wenn der Erhitzungsapparat in Gang ist, so finden die drei Arbeitsabschnitte in dachstehender Weise statt: i. Erhitzung des Apparates (Abb. i ).When the heating apparatus is in motion, the three working stages find their way in the following way: i. Heating the apparatus (Fig. I).

Die Gaszirkulation in einem Apparate der Anlage erfolgt in Richtung der in der Abb. i angegebenen Pfeile. Die Verbrennungsgase behufs Erwärmung (vorzugsweise die in Überschuß befindlichen Reduktionsgase, die der Reduktionsphase einer benachbarten Apparatgruppe entstammen) sowie die nötige Verbrennungsluft treten in die Brenner 3. Der Eintritt beider ist regelbar. Die Gasmischung, die in die bereits heiße Verbrennungskammer gelangt, kommt zu vollständiger Verbrennung.The gas circulation in an apparatus of the system takes place in the direction the arrows indicated in Fig. i. The combustion gases for heating (preferably the reducing gases in excess, those of the reduction phase of an adjacent one Apparatus group) and the necessary combustion air enter the burner 3. The entry of both is controllable. The gas mixture entering the already hot combustion chamber comes to complete combustion.

Die durch den Kaminzug oder durch Ventilatoren angesaugten Gase gehen in Richtung der Pfeile durch die feuerfesten Steine 2, treten unten aus und gelangen nach Passieren der Klappe 5b in den benachbarten Reaktionsapparat 8 (dieser ist nur teilweise dargestellt), w o sie über das Eisenoxyd strömen. 2. Erhitzung der Reduktionsgase auf ihrem Wege zu dem Reaktionsapparat $ (Abb. 2). Der Weg der Gase ist durch die Pfeile der Abb. 2 angegeben. Die Reduktionsgase werden wenn notwendig ganz oder zum Teil durch Wärmeaufnahme aus den heißen Reduktionsgasen, die aus der Gruppe der benachbarten Apparate kommen, v orerhitzt, gelangen in den Erhitzungsapparat durch die Klappe 6a und steigen durch die feuerfeste Füllung, die vorher erhitzt wurde, hoch, wie dies weiter oben unter i angegeben wurde. Sie gelangen rasch in den Teil hoher Temperatur und treten unmittelbar durch die Drosselklappe 4.a in den Reaktionsapparat 8, und zwar ohne den höchstliegenden Teil der Steine zu durchströmen. Letzterer bildet mit dem Deckengewölbe der Verbrennungskammer den eigentlichen Verbrennungsraum und befindet sich ständig auf der höchsten Temperatur, so daB die darauf folgende Entzündung und die vollständige Verbrennung des Gases, das zur Erhitzung benutzt wird, in bester Weise stattfinden.The gases sucked in by the chimney draft or fans go in the direction of the arrows through the refractory bricks 2, step out below and get there after passing the flap 5b into the adjacent reaction apparatus 8 (this is only partially shown) where they flow over the iron oxide. 2. Heating the Reducing gases on their way to the reaction apparatus $ (Fig. 2). The way of the gases is indicated by the arrows in Fig. 2. The reducing gases are used when necessary wholly or partly by absorbing heat from the hot reducing gases from the A group of neighboring devices come, preheated, into the heating device through the flap 6a and rise through the refractory filling, which is previously heated became high, as indicated above under i. You can get in quickly the part of high temperature and enter directly through the throttle valve 4.a in the reaction apparatus 8, without flowing through the highest part of the stones. The latter forms the actual combustion chamber with the vaulted ceiling of the combustion chamber and is constantly at the highest temperature, so that the next Ignition and complete combustion of the gas used for heating will take place in the best possible way.

3. Gewinnung von Wasserstoff mittels Wasserdampfes (Abb.3). Die Zirkulation der Gase erfolgt entsprechend den in Abb. 3 angegebenen Pfeilen. Die durch die Verbrennung der Heizgase an den Brennern 3 erzeugten Verbrennungsprodukte werden durch Zug abgesaugt und gehen in der Pfeilrichtung durch die Steine :2 hindurch nach unten. Sie treten hierauf durch den Schieber io in den Dampfüberhitzer 9, treten in den Kanal und gelangen dorthin, wo der Wärmeüberschuß wiedergewonnen wird (Dampfkessel oder andere einfache oder zusammengesetzte Einrichtungen und Anlagen).3. Production of hydrogen by means of steam (Fig.3). The circulation of the gases takes place according to the arrows indicated in Fig. 3. The one from burning the combustion products generated by the heating gases at the burners 3 are sucked off by train and go through the stones in the direction of the arrow: 2 downwards. they kick then through the slide io into the steam superheater 9, enter the channel and get to where the excess heat is recovered (steam boiler or other simple or combined facilities and systems).

Während dieser Periode tritt der Wasserdampf in den Überhitzer 9 und gelangt von hier in den Reaktionsapparat 8, wo Wasserstoff entsteht. Wird ein besonderer Überhitzer 9 nicht verwendet, können Dampf und Luft bei ihrem Durchtritt durch den Einsatzstape12 überhitzt werden.During this period the water vapor enters the superheater 9 and passes from here into the reaction apparatus 8, where hydrogen is produced. Will be a special one Superheater 9 is not used, steam and air can pass through the Insert staples12 are overheated.

Die wesentlichen Vorteile dieser Einrichtung, im besonderen in ihrer Anwendung zur Darstellung von Wasserstoff und Stickstoff, sind folgende: i. Vollkommene Verbrennung der Gase und infolgedessen höchste Wärmeausnutzung dadurch, daß die verbrennbaren Gase und die Luft in die Stelle höchster Temperatur der überhitzten Verbrennungskammer eintreten, in der eine zweifache Wärmestrahlung stattfindet, einmal die des Obergewölbes, die von oben nach unten und dann die des Einsatzstapels, die von unten nach oben gerichtet ist. Infolgedessen ist ein Versagen der Zündung der Gase nicht zu befürchten und desgleichen kein vorzeitiges Erlöschen während des Betriebes.The main advantages of this facility, especially in their Applications to represent hydrogen and nitrogen are as follows: i. Perfect Combustion of the gases and, as a result, maximum heat utilization due to the fact that the combustible gases and the air in the place of highest temperature of the superheated Enter the combustion chamber, in which a double thermal radiation takes place, once that of the upper vault, that from top to bottom and then that of the stack of bets, which is directed from the bottom up. The result is an ignition failure of the gases not to be feared and likewise no premature extinction during of the company.

2. Die Flammen und die verbrannten Gase gehen während der Erhitzungsperiode unmittelbar durch den zu erhitzenden Einsatzstapel hindurch, was bekanntlich von günstigster Wirkung ist.2. The flames and the burnt gases go out during the heating period directly through the stack to be heated insert through what is known from is the most beneficial effect.

3. Die Einrichtung gestattet in einfacher Weise, während der Entstehungsperiode des Wasserstoffes innerhalb des unmittelbar benachbarten Reaktionsapparates 8, unabhängig von der Erhitzung des Stapelapparates, die darauffolgende Reaktionsperiode fortzusetzen. Die während dieser Erhitzung verbrannten Gase, die aus dem Einsatzstapel heraustreten,. gehen durch den besonderen Dampferhitzer, falls ein solcher zur Verwendung gelangt, in dem während dieser Periode und ausschließlich während dieser, der zur Bildung von Wasserstoff dienende Dampf zirkuliert, wodurch die rasche Zerstörung des Überhitzers verhindert wird.3. The facility allows in a simple manner, during the creation period of the hydrogen within the immediately adjacent reaction apparatus 8, independently from heating the stacker to continue the subsequent reaction period. The gases burned during this heating that come out of the insert stack. go through the special steam heater, if one is used, in which during this period and only during this, the steam used to form hydrogen circulates, causing rapid destruction the superheater is prevented.

q.. Bei dieser Einrichtung zirkulieren die Gase in der durch die Praxis als beste anerkannten Weise. Diejenigen Gase, die sich abkühlen, zirkulieren von oben nach unten und die, die sich erhitzen, voll unten nach oben. Außerdem ist die Erhitzung der verwendeten Gase (Reduktionsgase von Koksöfen z. B.) methodisch, cla die Gase in den benachbarten Apparat gerade in dem Momente übertreten, wo sie den heißesten Teil des Wiedererhitzers verlassen.q .. With this facility, the gases circulate in the through the practice as best recognized way. Those gases that cool off circulate from top to bottom and those that heat up, full bottom to top. Besides, the Heating of the gases used (reducing gases from coke ovens, for example) methodically, cla the gases pass into the neighboring apparatus just at the moment when they reach the leave the hottest part of the reheater.

5. Der Apparat ist vollkommen den größten Anforderungen zur Wasserstoff- und Stickstoffproduktion angepaßt, die heute an die Industrie gestellt werden, z. B. iooo ccm pro Stunde und pro Apparat und häufig mehr. Das Volumen des Apparates kann mit Vorteil nach Belieben groß gewählt werden, so daß in Gegensatz zu dem, was bisher bei den Apparaten allgemein der Fall ist, die Anzahl der Klappen oder Schieber, die bei hoher Temperatur arbeiten müssen, vermindert werden kann (diese Temperatur erreicht 85o°). Die Klappen müssen vollkommen dicht schließen, um jede Vermischung fremder Gase mit dem Wasserstoff oder Stickstoff, die in dem unmittelbar benachbarten Apparat entstehen, zu verhindern.5. The apparatus is completely the greatest requirements for hydrogen and nitrogen production, which are placed on industry today, e.g. B. iooo ccm per hour and per device and often more. The volume of the apparatus can advantageously be chosen large at will, so that in contrast to the, what is generally the case with the apparatus so far, the number of flaps or Valves that have to work at high temperatures can be reduced (this Temperature reaches 85o °). The flaps must close completely tightly in order to avoid each Mixing of foreign gases with the hydrogen or nitrogen that is in the immediate neighboring apparatus arise to prevent.

6. Die Einrichtung gestattet die gleichzeitige oder nach Wunsch abwechselnde Anwendung von zwei Erhitzern mit innerem Einsatzstapel der oben beschriebenen Art in Verbindung mit ein und demselben Reaktionsapparat. Es ist die Möglichkeit vorhanden, die Operationen glatter und in rascherer Folge durchzuführen und die Produktion ein und desselben Reaktionsapparates zu erhöhen, wenn man die beiden Erhitzungsapparate gleichzeitig aber in verschiedenen Phasen arbeiten läßt, und zwar in sich wiederholendem Wechsel, während der Dauer einer und derselben Erhitzungsperiode. So kann beispielsweise eitler der beiden Erhitzer sich in der Phase der eigentlichen Erhitzung entsprechend Abb.3 befinden, wobei aber die Oxydation des Eisens in diesem Momente in dem Reaktionsapparate 8 nicht stattfindet, während der andere Apparat sich in der Reduktionsphase entsprechend Abb.2 befindet, und demgemäß in unmittelbarer Verbindung mit dem Reaktionsapparat 8 steht und umgekehrt.6. The facility allows simultaneous or alternating as desired Use of two heaters with an inner stack of inserts of the type described above in connection with one and the same reaction apparatus. There is the possibility to carry out operations more smoothly and in quicker succession and production one and the same reaction apparatus increase if one uses the two heating apparatuses but at the same time lets work in different phases, and in repetitive phases Alternation, during one and the same heating period. For example The two heaters are vain in the phase of the actual heating Fig.3 are located, but the oxidation of the iron in this moment in the reaction apparatus 8 does not take place, while the other apparatus is in the reduction phase accordingly Fig.2 is located, and accordingly in direct connection with the reaction apparatus 8 stands and vice versa.

Man kann auf diese Weise leicht eine sehr hochgradige Erhitzung mit einem auf das Mindestmaß herabgesetzten Einsatzstapel bewirken und so wesentlich an Zeit sparen.One can easily experience a very high degree of heating in this way cause a minimized stack of stakes and so essential save time.

Man kann selbstverständlich die Phasenwechsel und -unikehrungen der Erhitzer nach Wunsch beschleunigen. So kann man gleichzeitig- die Reduktion und die Erhitzung vornehmen.You can of course change and uni-phase the Accelerate heater as desired. So you can at the same time- the reduction and carry out the heating.

Die Erhitzungsapparate können natürlich neben, über oder unter dem Reaktionsapparat angebracht ,werden.The heating apparatus can of course be next to, above or below the Reaction apparatus attached.

Selbstverständlich gestattet der Apparat die Erhitzung und die Verwendung von reduzierenden Gasen allgemein- zur Gewinnung von reduzierten Metallen, und die reduzierten Metalle, wesentlich das Eisen, können nicht nur zur Darstellung von Wasserstoff und Stickstoff dienen, wie oben auseinandergesetzt wurde, sondern dazu, jedes Gas von seinem Sauerstoff zu befreien, wenn dies für dessen weitere Benutzung angezeigt ist.Of course, the apparatus allows heating and use of reducing gases in general - for the extraction of reduced metals, and the Reduced metals, essentially iron, can not only be used to represent Hydrogen and nitrogen are used, as discussed above, but rather to free any gas from its oxygen if this is necessary for its further use is displayed.

Selbstverständlich sind die Apparate, wie beschrieben und dargestellt, lediglich Ausführungsbeispiele.Of course, the devices, as described and shown, are only exemplary embodiments.

Claims (3)

PATENT-ANSPRÜCHE: i. Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff, Stickstoff u. dgl. mit im Heizraum eingebauten feuerfesten Steinen, gekennzeichnet durch am oberen Ende des Einbaus (2) angeordnete Brenner (3) und einen am unteren Ende des Einbaus vorgesehenen Kanal (5), einen unten angeordneten Einlaß (6) für die Gase und einen Auslaß (q.) am oberen Ende. PATENT CLAIMS: i. Plant for the production of hydrogen, nitrogen and the like with built-in refractory bricks in the boiler room, characterized by am upper end of the installation (2) arranged burner (3) and one at the lower end of the Installation provided channel (5), an inlet (6) arranged below for the gases and an outlet (q.) at the top. 2. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der die erhitzten Reduktionsgase zum Reaktionsraum (8) leitende Kanal (.4) unterhalb des Verbrennungsraumes angeordnet ist. 2. Plant according to claim i, characterized in that that the heated reducing gases to the reaction chamber (8) conducting channel (.4) below the combustion chamber is arranged. 3. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der unterhalb des Einbaus (2) ausmündende Kanal (5) mit einer Kammer in Verbindung steht, die einen Dampfüberhitzer (g) enthält, der mit dein Reaktionsraum in Verbindung steht. q.. Betrieb einer Anlage nach Anspruch i mit zwei Erhitzern, die während einer Arbeitsphase der Reaktionskammer gleichzeitig wechselweise arbeiten können, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des an den Brennern der Erhitzer verbrauchten Brenngases einen beliebig regelbaren Teil der vom Reaktionsraume abgehenden Menge überschüssigen Gases bildet, wobei das Brenngas auch ein anderes Gas von geringerem Heizvermögen sein kann.3. Plant according to claim i, characterized in that that the channel (5) opening out below the installation (2) is in communication with a chamber is, which contains a steam superheater (g), which communicates with your reaction space stands. q .. Operation of a system according to claim i with two heaters that operate during one working phase of the reaction chamber can work alternately at the same time, characterized in that the amount of consumed on the burners of the heater Fuel gas an arbitrarily controllable part of the amount leaving the reaction space Excess gas forms, with the fuel gas also another gas of lesser value Can be heating capacity.