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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung wasserstoffreicher
Gasgemische aus Kohlenwasserstoffen oder kohlenwasserstoffhaltigem Gas Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung wasserstoffreicher
Gasgemische aus Kohlenwasserstoffen oder kohlenwasserstoffhaltigem Gas.
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Es ist bereits bekannt, bei der katalytischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen
zwecks Gewinnung von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen in einer ersten Reaktionsstufe
durch Zuführung von Sauerstoff die Gase durch exotherme Reaktion auf die erforderliche
Zersetzungstemperatur aufzuheizen und dann in einer weiteren Reaktionsstufe durch
Überleiten über einen Katalysator in Gegenwart von Wasserdampf katalytisch zu zersetzen.
Auch ist es nicht mehr neu, bei der Überführung von Methan in Wasserstoff und Kohlensäure
mit Hilfe von Wasserdampf und Katalysatoren in mehreren Stufen und mit einem Überschuß
von Wasserdampf zu arbeiten.
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Diese Verfahren weisen teils den Nachteil auf, daß ihre Durchführung
diskontinuierlich erfolgt uni daher nicht die wünschenswerte Einfachheit und Schnelligkeit
des Arbeitsganges aufweist, und teils verlangt ihre Ausübung die Verwendung sehr
hoher Temperaturen oder die Erzeugung hoher Drucke oder diese beiden Maßnahmen,
was ihre praktische Verwirklichung erschwert, und das von Methan ausgehende Verfahren
sieht für die Umformung von Kohlenwasserstoffen nur die Benutzung
von
Wasserdampf und nicht auch von Sauerstoff vor. Ferner müssen die bekannten katalytischen
Gaserzeuger, in denen ein kohlenwasserstoffhaltiges Gasgemisch von hohem Heizwert
durch Erhitzung in ein permanentes Gasgemisch mit viel Wasserstoff umgewandelt wird,
wegen der Zunahme des schließlichen Gasvolumens bis zum Zehnfachen des Ausgangsvolumens
zur Erzielung einer minimalen Dauer der Berührung von Gas und Katalysator sehr lange
katalysatorgefüllte Röhren erhalten, was zu insbesondere durch die Wärmeausdehnung
des Gasgemisches, die Überhitzung des Metalls, die mangelhafte Rohrabdichtung und
ähnliche Ursachen bedingten Übelständen führt.
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Nach der Erfindung wird nun zwecks Behebung dieser Schwierigkeiten
zur kontinuierlichen Herstellung wasserstoffreicher Gasgemische aus Kohlenwasserstoffen
oder kohlenwasserstoffhaltigem Gag durch Umsetzung in exothermer Reaktion mit Sauerstoff
oder Luft und in endothermer Reaktion mit Wasserdäinpf in Gegenwart eines Katalysators
so verfahren, daß ein Gemisch des oder der Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf und
Sauerstoff oder Luft, das Wasserdampf im Überschuß enthält, in mehreren Behandlungsstufen
fortschreitend unter Aufrechterhaltung einer z m/sec nicht überschreitenden Strömungsgeschwindigkeit
des Gases erhitzt und dabei die durch die Ausdehnung bedingte Volumenvergrößerung
des Gasgemisches durch eine fortschreitende Vergrößerung des Volumens der aufeinanderfolgenden.
Behandlungsräume ausgeglichen wird, worauf das Gemisch in der letzten Behandlungsstufe
katalytisch zersetzt wird.
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Bei diesem Verfahren wird das zu behandelnde gasförmige Gemisch einer
allmählichen Erhitzung bei einer seine Strömungsgeschwindigkeit nicht wesentlich
erhöhenden Ausdehnung unterworfen und so eine die vollständige Gasumwandlung bei
weniger hohen Temperaturen als wie bisher üblich, z. B. bei etwa 8oo° C, ermöglichende
Verlängerung der Dauer der Behandlungsvorgänge erreicht. Die Erniedrigung der Betriebstemperatur
vermindert gleichzeitig die durch die verbrannten Gase mitgeführten Kalorien, und
die Zeit der Inbetriebsetzung der Gaserzeugungsanlage und die Verminderung der Gasströmungsgeschwindigkeit
hat eine Herabsetzung des zur Sicherung der normalen Gasleistung notwendigen Druckes
zur Folge. Ferner kann man als Ausgangsstoff erfindungsgemäß nicht nur die flüssigen
Kohlenwasserstoffe, sondern auch Gase, wie z. B. Methan, Äthan, Propan, Butan oder
Gemische dieser Gase, oder auch ein kohlenwasserstoffhaltiges Gasgemisch, wie z.
B. das Raffinierungsgas des Steinöles, das Ölgas, das Koksofengas, und weiterhin
auch Erdölprodukte, wie z. B. Benzin, Gasöl, Treiböl, Benzol, in flüssiger oder
in gasförmiger Form benutzen.
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Als weitere Vorzüge des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich
die Erzielung von auf Kosten des Wasserdampfes gebildetem Wasserstoff und die vollständige
Vermeidung der Kohlenstoffniederschläge bei der Zersetzung von schweren Kohlenwasserstoffen
sowie die Verringerung der zu liefernden Wärmemenge durch katalytische Zersetzung
und damit der Gefahr von Kohlenwasserstoffablagerungen in der Katalysatormasse und
die Möglichkeit der Durchführung der Reaktion mittels einer einzigen katalytischen
Masse und in einer einzigen Apparatur und ferner die Herabsetzung der Beschickungsverluste
und die Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage.
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Für den zu seiner Ausübung dienenden Gaserzeuger bringt das Verfahren
als erhebliche Vorteile die Verkleinerung der äußeren Abmessungen und dadurch der
Aufbau- und Unterhaltungskosten und die praktische erreichte Vermeidung der Gefahr
einer Beschädigung der Gaserzeugerwände infolge der Möglichkeit ihrer Ausführung
mit starker Dicke und damit auch die gefahrlose Durchführung der exothermen Reaktion
der Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff unter Verringerung der erforderlichen
Wärmezufuhr sowie weiterhin die Verminderung der insbesondere durch Wärmestrahlung
und den Wärmeabgang beim Anlassen des Gaserzeugers entstehenden thermischen Verluste.
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Der für die Ausübung des Verfahrens benutzte Gaserzeuger besteht erfindungsgemäß
aus konzentrischen Zylindern, von denen der äußerste an dem einen Ende mit einer
Grundplatte und an seinem anderen Ende mit einer Deckelplatte verbunden ist und"
die übrigen abwechselnd mit ihrem einen Ende mit der einen bzw. der anderen dieser
Platten verbunden sind, so daß für das von der Mitte des Gaserzeugers nach dem äußersten
Zylinder: strömende Gasgemisch ringförmige Durchgangskanäle gebildet sind, welche
in Wechselfolge oben und unten miteinander in Verbindung stehen und aufeinanderfolgende
Behandlungsräume ergeben. Der Ringraum der letzten, am Gaserzeuger ganz außen liegenden
Behandlungsstufe enthält eine katalytische Masse und wird durch äußere, die notwendige
Wärme für die Durchführung des Zersetzungsvorganges liefernde Brenner erhitzt. Die
Durchmesser der aufeinanderfolgenden Zylinder sind in Abhängigkeit von dem zugeleiteten
Gasvolumen und der bei der Erhitzung einzuhaltenden Temperatur in den Ringräumen
so bestimmt, daß die Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen Gemisches nicht
i m/sec überschreiten.
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Die Zersetzung der in den Gaserzeuger eingeführten Kohlenwasserstoffe
umfaßt zwei Verfahrensabschnitte, nämlich erstens eine Vorerhitzung, in deren Verlauf
sich die höheren Kohlenwasserstoffe in dem gasförmigen Gemisch zu weniger kohlenstoffhaltigen
Kohlenwasserstoffen zersetzen, und zweitens die Zersetzung dieser Kohlenwasserstoffe
durch Erhitzung in Gegenwart von Wasserdampf und eines Katalysators zu einem wasserstoffreichen
Gasgemisch.
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Bei seinem Durchgang durch den Gaserzeuger strömt das Gasgemisch nacheinander
durch die zwischen den Zylindern gebildeten Ringkanäle, in denen die Temperaturen
schrittweise zunehmen, so
daß es während einer verhältnismäßig langen
Zeitdauer auf immer höhere Temperaturen gebracht wird. Wenn es schließlich den in
dem Zwischenraum zwischen den beiden äußersten Zylindern befindlichen Katalysator
erreicht, hat es die für die Umwandlung gewünschte Temperatur angenommen und wird
in Anwesenheit des Katalysators, z. B. einer mit Nickeloxyd imprägnierten Masse,
zersetzt, wobei sich hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenoxyd bilden.
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In den der Katalysatorstufe vorausgehenden Behandlungsstufen wird
das Gemisch nicht nur erhitzt, sondern es können bei bestimmten Temperaturei. auch
chemische Zersetzungen infolge der wegen der geringen Strömungsgeschwindigkeit des
Gasgemisches langen Erhitzungsdauer auftreten. Wenn man mit höheren Kohlenwasserstoffei,
wie z. B. Propan, C3 H8, Propylen, C3 H6, Butan, C, H1,1 Butylen, C4 H8,
oder anderen Kohlenwasserstoffei mit C5, C6, C7 usw., arbeitet, zersetzen sich diese
Kohlenwasserstofe vor dem Eintritt in die katalytische Masse in weniger kohlenstoffhaltige
Kohlenwassers.toffe bei Temperaturen zwischen 50o und 65o° infolge der verringerten
Strömungsgeschwindigkeiten und des sich daraus ergebenden langen Aufenthaltes des
Gasgemisches in dem Gaserzeuger.
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Beispielsweise kann bei 65o° und ohne Anwesenheit eines Katalysators
eine Zersetzung eintreten bei Propan in Propylen, Äthan und Methan nach der Formel
2 C3 H8 = C3'H6 -f- C2 H6 -I- CH4 bei Butan in Propylen und Methan nach der Formel
C4 H10 = C3 Ho + C H4 oder in Äthylen und Äthan nach der Formell C4 Hic = C2 H4
+ C2 Ho und das Pentan kann sich bei Temperaturen zwischen 450 und 500° zersetzen
in Äthylen und Methan nach der Formel C5 H12 = 2 C2 H, -I- C H4 oder in Propylen
u.nd - Äthan nach der Formel C5 H12 = C3 H6 -I- C2 H6 Der bei diesen Temperaturen
nicht dissoziierte Wasserdampf des Gemisches kann dabei instabile Zwischenprodukte
bilden. Beispielsweise können das Propy len und der Wasserdampf nach der Formel
C3 Ho -f- H20 = (C H3) 2 C H - O H instabilen Isopropyl-Alkohol liefern, der sich
nach der Formel (CH3)2CH - OH = C2H6 -h CO -f- H2 in Äthan, Kohlenoxyd und Wasserstoff
zersetzt. Die Anwesenheit vom. Wasserdampf oder/und Luft verdünnt den Kohlenwasserstoff
in dem Gemisch, und der so verminderte Druck der Kohlenwasserstoffe erleichtert
die Reaktionen. Nun sind aber die niedrigeren Kohlenwasserstoffe leichter zu zersetzen
und verlangen weniger Kalorien als die höheren Kohlenwasserstoffe. Die Wärmewerte
der theoretischen Reaktion mit Wasserdampf sind pro Grammolekül: 59,9 caJ für Methan,
103,8 cal für Äthan, 150,4 cal für Propan und 197,3 cal für Butan. Daraus
folgt, daß bel dem Verfahren nach der Erfindung das die katalytische Masse durchquerende
Gasgemisch weniger Wärme als das Ausgangsgemisch für die endothermischen Reaktionen
mit Wasserdampf erfordert, und dadurch wird die Möglichkeit der Bildung von freiem
Kohlenstoff in der katalytischen Masse, insbesondere bei Verwendung der nichtgesättigten
höheren Kohlenwässerstoffe, wie z. B. Propylen und Butylen. verringert.
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Eine andere günstige Folge dieser verlängerten Vorerh.itzung des zu
ersetzenden Gemisches und der verringerten Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches
in den einzelnen Stufen des Gaserzeugers besteht darin, daß die Wirkung des Katalysators
in der letzten Stufe verbessert wird, was die Durchführung der Gasumwandlung bei
einer weniger hohen Temperatur gestattet und außerdem die Möglichkeit der unerwünschten
Abscheidung von Kohlenstoff in der katalytischen Masse verringert.
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Der zweite Verfahrensabschnitt oder die eigentliche Gasumwandlung
vollzieht sich in der katalytischen Masse der letzten Stufe des Gaserzeugers. Diese
Umwandlung erfordert eine etwas höhere, 750 bis 80o° betragende Terriperatur
und Wärme= zufuhr, da die Zersetzungsreaktionen der Kohlenwasserstoffe mit dem Wasserdampf
eri.dothermisch verlaufen. Diese Wärmezufuhr erfolgt von außen., wobei erfindungsgemäß
ein Teil der notwendigen Wärmezufuhr durch exotherme Reaktion in den ersten Teilen
der von dem zu behandelnden gasförmigen Gemisch durchströmten katalytischen Masse
zwischen den Kohlenwasserstoffei und dem Sauerstoff oder der Luft erzeugt wird.
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Infolge eines Dampfüberschusses und der längeren Berührungsdauer mit
dem Katalysator reagiert ein Teil des Kohlenoxyds des die letzte Stufe durchströmenden
Gases mit diesem Wasserdampfüberschuß unter Bildung von zusätzlichem Wasserstoff
nach der Gleichung C O -I- H20 = C O,2 -f- H2 so daß das sich ergebende Gasvolumen.
größer als das durch die Umwandlung der verwendetem Kohlenwasserstoffe allein entstehende
theoretische Gasvolumen ist und dieses Gas mehr Kalorien als die Kohlenwasserstoffe
des in den Gaserzeuger eingeführten Gasgemisches liefert.
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Der Gaserzeuger nach der Erfindung kann im einzelnen so ausgebildet
sein, daß sämtliche mit der Grundplatte und der Deckelplatte verbundenen konzentrischen
Zylinder in dem Heizofen an einem einzigen Ende abgestützt oder aufgehängt sind
und die Zufuhr des zu behandelnden Gemisches sowie die Ableitung des erzeugten Gases
durch diese zur Abstützung oder Aufhängung dienende Grund-oder
Deckelplatte
hindurch erfolgt, so daß die verschiedenen den Gaserzeuger bildenden Teile sich
frei ausdehnen können.
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Die um den äußeren Zylinder vorgesehenen Heizgeräte, z. B. Brenner,
werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie im Abstand voneinander- zwei übereinanderliegende
Zonen erhitzen, welche durch die Zone getrennt sind, in welcher die exotherme Reaktion
erfolgt, während die beiden Heizzonen die notwendigen Kalorien zugeführt erhalten,
um das im Innern des Gaserzeugers vorerhitzte gasförmige Gemisch auf die Temperatur
der eaco@thermen Reaktion zu bringen und außerdem diesem Gasgemisch die für die
folgenden endothermen Reaktionen. notwendigen Kalorien zu liefern.
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Die Ausbildung des Gaserzeugers mit im Durchmesser zunehmenden, ineinander
gleichachsig angeordneten Zylindern bietet weiterhin den Vorteil, daß leicht in
der letzten Stufe die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in der katalytischen
Masse auf einem unter irgendeiner gegebenen Grenze liegendem, Wert trotz der dwrch
die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe hervorgerufenen Volumenvergrößerung des Gases
gehalten werden kann. Man braucht zu diesem Zweck nur den äußeren Zylinder durch
einen Kegelmantel zu ersetzen, der sich in der Richtung der Gasströmung erweitert.
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Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Gaserzeuger.
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Fig. r zeigt einen Querschnitt durch einen Gaserzeuger und Fig.2 einen
Teilquerschnitt nach der Geraden II-II in Fig. i ; Fig. 3 zeigt eine abgeänderte
Bauform des Gaserzeugers nach Fig. i und 2, bei welcher die Zylinder und die katalytische
Masse in dem Heizofen aufgehängt sind; Fig. 4 und 5 lassen Abänderungen des Gaserzeugers
nach Fig. i und :2 erkennen, bei denen die den Katalysator umschließende äußere
Wand konisch ausgebildet ist, um einen größeren Durchtrittsquerschnitt für das Gasgemisch
an der Austrittsals an der Eintrittsstelle der letzten Stufe zu erhalten und dadurch
den Durchgang der gasförmigen Produkte durch die katalytische Masse zu erleichtern.
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Gemäß Fig. i und 2 weist der Gaserzeuger i i einen hohlen konischen
Sockel 12 auf, der an seinem weiteren Ende in einen Flansch 13 übergeht, der auf
einer Platte 14 aufruht, die durch die den ganzen Ofen tragenden Säulen 15 abgestützt
ist. Die aus hitzebeständigem Baustoff bestehende Wandung 16 des Ofens ist von einem
Metallmantel 17 umgeben, der ebenso wie die Wandung 16 mit Aussparungen für die
Einführung von Gasbrennern 18 versehen ist, die durch eine Rohrleitung i9 mit Brennstoff
gespeist werden. Das obere Ende der zylindrischen Ofenwand 16 ist durch einen abnehmbaren
Deckel 2,o aus hitzebeständigem Werkstoff abgeschlossen.
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Das obere Ende des Gaserzeugers schließt eine Platte2i mit mehreren
angeschweißten Rohrstutzen 22 ab, die zur Einführung der Katalysatormasse über die
Löcher der Platte 21 dienen und für gewöhnlich je durch einen Pfropfen 23 abgeschlossen
sind. Zwischen. der Platte 21 des Gaserzeugers und dem oberen, Ende der Ofenwandung
2o ist eine Schicht 24 aus wärmeisolierendem Werkstoff eingefügt, welche auf der
Platte 2i aufruht und den Durchgang von Verbrennungsgasen durch den Deckel 2o des
Ofens verhindert. Durch das Auslaßrohr 25 für die verbrannten Gase an dem unteren
Ende der gemauerten Wand 16 des Ofens werden die heißen Verbrennungsgase des Ofens
über einen Wärmeaustauscher ins Freie geführt.
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Das durch die Platte 2i geführte und nach unten bis nahe an die Grundplatte
31 reichende Speiserohr 3o des Gaserzeugers i i ist durch das elastische Verbindungsstück
33 an eine Speiseleitung 32 angeschlossen. Das Speiserohr 3o ist mit der Platte
21 fest verbunden, die an ihrem äußeren Rand auf einem Ring 34 aufruht, der an dem
oberen @ Rand des äußersten Zylinders 35 des Gaserzeugers ii angeschweißt ist.
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Dar äußere Zylinder 35 ruht auf der Grundplatte 31 auf, und die Säulen
37 tragen den konischen Sockel 12, auf dessen Flansch 13 die Grundplatte 31 aufliegt.
Der Flansch 13 und die Grundplatte 31 ruhen andererseits auf der Abstützplatte 14
und bilden zusammen den unteren Abschluß für die Verbrennungskammer. Der Innenraum
des Gaserzeugers i i ist in konzentrische Räume unterteilt, die abwechselnd an ihren
oberen und unteren Enden miteinander in Verbindung stehen und durch konzentrische
Zylinder 39, 40, 41 gebildet sind. Die Zylirder sind an ihrem unteren Teil mit der
Bodenplatte 31 oder an ihrem oberen Teil mit der oberen Platte 21 des Gaserzeugers
i i, z. B. durch Verschweißung verbunden, so daß'sie einen in Zickzacklinie verlaufenden
Kanal von wachsendem Querschnitt vom Inneren nach dem Äußeren des Gaserzeugers i
i bilden. Gemäß Fig. i sind die Zylinder 39 und 41 an der Bodenplatte 31 und der
Zylinder 40 an der oberen Platte 21 befestigt und lassen an ihren freien Enden einen,
Durchtrittskanal für das gasförmige Gemisch offen und gestatten so dieseln den ungehinderten
Übergang von einem Ringraum zum nächsten und ermöglichen außerdem die freie Ausdehnung
der Zylinder.
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Die Durchmesser der Zylinder 39, 40, 41 und 35 sind in Abhängigkeit
von tier Zusammensetzung des Gemisches und von der Art der Erhitzung so berechnet,
daß die zwischen den Zylindern gebildeten ringförmigen Kanäle einen von Ringraum
zu Ringraum wachsenden Querschnitt aufweisen, so daß das gasförmige Gemisch bei
seiner Behandlung im Innern des Gaserzeugers mit einer Strömungsgeschwindigkeit
unter i nilsec in den freien Querschnitten trotz der Ausdehnung des Gemisches geführt
werden. kann, die infolge der allmählichen Erhitzung und durch die Volumenzunahme
der Gase eintritt.
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Der zwischen den Zylindern 39 und 41 gelegene Ringraum der äußersten
Stufe ist mit Brocken 42 einer geeigneten, mit Nickeloxyd oder einem anderen
Katalysator
imprägnierten. Masse in ausreichender Menge zur Erzielung der gewünschten Gasumwandlung
angefüllt. Die Katalysätormasse 42 nimmt eine beträchtliche Wärmemenge auf und verhindert
diese, den folgenden Zylinder zu erreichen, während über der Säule der Katalysatormasse
42 die Zylinderwandung 35 bequem die Wärme nach. den inneren Zylindern überträgt.
Infolgedessen kann man durch Änderung der Höhe der Katalysatorfüllung 42 in der
äußeren Stufe zwischen den Zylindern 35 und41 die Temperaturen der verschiedenen
inneren Ringräume in der erforderlichen Weise ändern. Dadurch, da.ß man mehr oder
weniger katälytische Masse in den äußeren Ringraum zwischen den Zylindern 35 und
41 einbringt, kann man somit die Temperaturen des gasförmigen Gemisches in den inneren
Ringräumen zwischen den übrigen Zylindern ändern, bevor das Gemisch den Katalysator
42 erreicht, und man kann außerdem diese Temperaturen durch Regelung der in der
Verbrennungskammer herrschenden Temperatur unterschiedlich regeln.
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In der Bodenplatte 31 des Gaserzeugers i i sind Öffnungen 43 ausgespart,
durch welche die Ableitung des erzeugten Gases und die periodische Entnahme der
Katalysatormasse aus der äußersten ringförmigen Kammer erfolgt. Dies-- Öffnungen
43 sind für gewöhnlich mit abnehmbaren Gittern oder Ringen 44 versehen., die an
der Innenseite der Wandung des hohlen Sockels 12 z. B. durch Verblockungskeile 45
befestigt sind, die nach der Abnahme des unteren Bodens 46 des Sockels 12 leicht
zugänglich und von außen bedienbar sind. Der Innenraum des hohlen Sockels 12 dient
zur Sammlung des vom Gaserzeuger i i durch die Öffnung 43 eintretenden. Gases und
zur Behandlung des Gases mit zerstäubtem Wasser, das aus einer Vielfachstrahldüse
kommt, die durch ein Rohr 48 an eine geeignete Wasserspeisequelle angeschlossen
ist, während ein Rohr 49 an dem Unterteil des Sockels 12 für die Entleerung von-
Wasser und ein höherliegendes Rohr 50 für die Ableitung von Gas vorgesehen
ist.
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Wie Fig.2 zeigt, sind die Achsen der Brenner 18 zur äußeren Wandung
35 des Gaserzeugers i i geneigt gerichtet, um eine Kreiselbewegung der heißen Gase
hervorzurufen und die Zeit der Berührung der Gase. mit dieser Wandung 35 zu verlängern,
was den Wirkungsgrad des Gaserzeugers verbessert. Vorzugsweise sind die Brenner
18 (vgl. Fig. i) in zwei übereinanderliegenden Zonen angeordnet, vcn denen die obere
einem keine Katalysatormasse enthaltenden. Teil des Zylinders 35 entspricht. In
dieaf,r oberen Zone werden die Kalorien geliefert, welche zur Erhitzung des inneren
Ringraumes des Gaserzeugers i i und zur Erwärmung des gasförmigen Gemisches durch
die Wandung 35 auf die beim Eintritt in die katalytische Masse 42 erforderliche
Temperatur notwendig sind. Unter dieser oberen Zone folgt eine Zone H ohne Brenner,
welche der Höhe des Katalysators entspricht, in der die exothermische Reaktion sich
vollzieht und in welcher keine Erhitzung durch Brenner stattfindet. Am unteren Teil
der Wandung 35 spießt sieh dann die zweite Heizzone an, welcher so viel Kalorien
zugeführt werden wie notwendig sind, um die en.dotherme Reaktion mit dem Wasserdampf
zu unterhalten.
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Der Gaserzeuger nach Fig. i und :2 arbeitet wie folgt: Das gasförmige
Gemisch, welches die zu zersetzenden Kohlenwasserstoffe, Luft oder Sauerstoff und
-Wasserdampf enthält und vorher hergestellt ist sowie gegebenenfalls auf 20o bis
35o° ezhitzt sein kann, tritt in den Gaserzeuger durch das mittlere Rohr 3o ein
und durchströmt den ringförmigen Zwischenraum zwischen diesem Rohr und dem Zylinder
39 sowie die weiteren ringförmigen Kanäle--zwischen den Zylindern 4o und 39 und
zwischen den Zylindern 40 und 44 um schließlich nach der durch die Zylinder 41 und
35 begrenzten letzten Zone zu gelangen, welche die katalytische Masse 42 enthält.
Beim Durchlaufen dieser Strömungsbahn wird das Gemisch allmählich auf immer höhere
Temperaturen bis über 6oo° erhitzt, so daß die in ihm enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe
zu niederen Kohlenwasserstoffen zersetzt werden und gegebenenfalls mit dem Wasserdampf
eine kleine Menge Wasserstoff und Kohlenoxyd bilden.
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In dem Maße, wie die Temperatur des gasförmigen Gemisches zunimmt,
wächst zwar das Volumen des Gemisches, aber gleichzeitig wird auch der Durchtrittsquerschnitt-für
das Gemisch vergrößert, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches nicht
erhöht wird. Diese Geschwindigkeit wird auf einen unter i m/sec liegenden Wert gehalten.,
bis das gasförmige Gemisch in den Katalysator 42 eintritt. In dem oberen Teil der
letzten Stufe des Gaserzeugers i i wird die Temperatur des teilweise zersetzten
Gasgemisches auf die für die katalytische Umwandlung erforderliche Temperatur von
etwa 8oo° gebracht, und in den erstere Schichten der katalytischen Masse findet
die exotherme Reaktion zwischen den KohlenwasserstoffenunddemSauerstoffstatt. Unmittelbarhierauf
reagiert der Wasserdampf in Gegenwart des- Katalysators mit den Kohlenwasserstoffen,
und es. bilden sich neue Mengen Wasserstoff und Kohlenoxyd. Das Kohlerunonoxyd wird
zum Teil durch den Wasserdampfüberschuß unterEntstehung von zusätzlichem Wasserstoff
und von kohlenstoffhaltigem Gas zersetzt. Schließlich geht das gewonnene Gas in
die Waschkammer über, welche durch den hohlen Sockel 12 gebildet wird und durch
die öffnungen 43 das Gas erhält und aus der dieses nach rascher, die Umwandlung
unterstützender Abkühlung durch die Rohrleitung 5o abgeführt wird.
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Gemäß Fig. 3 ist der Gaserzeuger 'der Fig. i und-:2 dahin abgeändert,
daß in der aus wärmebeständigen Ziegeln 51 aufgebauten zylindrischen Ofenwand, welche
die Brenner 52 und das Rohr 61 für die Abführung der Verbrennungsgase aufweist,
die den Gaserzeuger bildenden Zylinder in ihrer Gesamtheit an der Deckelplatte 53
des Öfens aufgehängt sind, die auf dem oberen Ende des Mauer= werks 53- aufruht.
Die konzentrischen Zylinder 54, 55 und 56 des Gaserzeugers sind an eine obere
Platte
57 und die Zwischenzylinder 58 und 59 an eine Bodenplatte 6o angeschweißt, und diese
beiden Platten 57 und 6o sind durch den äußeren Zylinder 61 verbunden,, mit welchem
sie abnehmbar mittels der Ringe 62 und 63 verbunden sind. Die katalytische Masse
65 ist in einem Korb 66- untergebracht, der aus zwei am unteren Ende miteinander
verbundenen. Metallblechzylindern besteht und in den von den Zylindern 61 und 56
begrenzten Ringraum eingehängt ist, an den sich die Rohrstutzen 68 anschließen,
die mit der Deckelplatte 53 des Ofens abnehmbar verbunden sind und in Löcher in
der oberen Platte 57 des Gaserzeugers ausmünden.
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Wie Fig. i zeigt, kann man in einen inneren Ringraum des Generators
ein Rohr69 einmünden lassen, um von dein, Gaserzeuger Gas von höherer Heizkraft
abzuziehen und mit dienern das von der Umwandlung herrührende Gas geringerer Heizkraft
anzureichern und die Heizkraft des schließlich gewonnenem. Gases entsprechend zu
steigern. Die Menge dieses aus dann Gaserzeuger entriornmenen, an Heizkraft reicheren
Gases kann mit Hilfe eines Klappenventils 70 geregelt werden., das hydraulisch
oder mechanisch, z. B. durch ein Kaloriemeter, und mit Hilfe eines kalorischem.
Reglers 7, eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist es auch,. ein Pyrometer
72 üblicher Ausführung in dem Mauerwerk 16 des Ofens einzubauen, um die Brennstoffzufuhr
zu den Brennern 18 zu regeln.
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Gemäß Fig. 4 und 5 ist der äußerste metallische Zylinder des Gaserzeugers
durch einen kegeligen Mantel ersetzt, wodurch eine sich nach dem Austrittsende des
Gases hin erweiternde Kammer für den Katalysator. gebildet wird,- durch welche die
durch die Umwandlung bedingte Volumenzunahme ausgeglichen und die verringerte Strömungsgeschwindigkeit
des Gasgemisches aufrechterhalten sowie die Berührungszeit von Gas und Katalysator
verlängert wird. Der kegelige- Mantel 78 nimmt nach dem oberen und der kegelige
Mantel 79 nach dem unteren Ende des Gaserzeugers im Durchmesser zu, d. h., in beiden
Fällen erweitert sich der äußere Mantel 78 bz--w. 79 des Gaserzeugers. in der Strömungsrichtung
des Gasgemisches. Im übrigen entspricht die Ausführung des Gaserzeugers nach Fig.
4 und 5 der in Fig. 3 bzw. i.
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Der Gaserzeuger nach der Erfindung kann für die Zersetzung oder die
Umwandlung von zahlreichen Kohlenwasserstoffen Verwendung finden. Für die Gewinnung
eines Gases aus Propan wurde beispielsweise durch eine KataAysatorsäule mit Nickeloxyd
von 6,35 cm Dicke und i,8o m Höhe, die im äußersten oder letzten Ringraum des Gaserzeugers
vorgesehen und auf 76o° gehalten wurde, ein, Gemisch von technischem Propan, Wasserdampf
und Luft, das das. Drei- bis Vierfache der theoretischen Was:serdampfmenge enthielt
und auf ungefähr 6oo° in vier inneren Ringräumen des Gaserzeugers erhitzt war, hindurchgeleitet
und dabei die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in dem Gaserzeuger
und am Eintritt in den Katalysator auf einem unter i m/sec liegenden Wert gehalten.
Die Temperatur der Vorerhitzung in der an die _ Katalysatorkammer angrenzenden Kammer
war praktisch 593° und die Temperatur im nächsten inneren Ringraum 5 io°. Die Umwandlung
des gasförmigen Gemisches war praktisch vollständig und ergab bis zu 68% Wasserstoff,
und das gewonnene Gas enthielt praktisch keinen freien Kohlenstoff.
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Einer leer wesentlichstem Vorteile des Gaserzeugers nach der Erfindung
besteht auch darin, daß es möglich ist, die exotherme Reaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen
und dem Sauerstoff des Gemisches durchzuführen, ohne Gefahr zu laufen, den Reaktionsbehälter
durch die entwickelteWärme zu schädigen, wie dies bei den Gaserzeugern mit Röhren
von großer Länge der Fall ist. Dieser Vorteil ist dadurch bedingt, daß man erfindungsgemäß
dem äußeren Ringraum des Gaserzeugers eine die Dicke der üblichen; Röhren überschreitende
Dickenabmessung geben kann und der Durchmesser dieses Raumes weit größer als der
Durchmesser solcher Röhren ist, so da,B die Metallmasse, auf welche die durch die
exothermische Reaktion frei werdende Wärme wirkt, beträchtlich größer als bei den
bekannten Gaserzeugern ist.