Kraftgas: Theorie und Praxis der Vergasung fester Brennstoffe [2. Aufl.] 978-3-662-33516-1;978-3-662-33914-5

Table of contents :
Front Matter ....Pages I-VIII
Einleitung (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 1-5
Beurteilung von Kraftgas (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 6-23
Rohstoffe für die Herstellung von Kraftgas (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 24-40
Entgasung (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 41-79
Vergasung (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 80-100
Ammoniakbildung bei der Entgasung und Vergasung (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 101-112
Die Gasbildung im Gasgenerator (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 113-132
Leuchtgas, Kokereigas und Schwelgas (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 133-145
Wassergas (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 146-156
Gaserzeuger (Generatoren) (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 157-204
Gasgeneratoren mit Gebläsebetrieb (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 204-274
Generatoren für Gewinnumg von Nebenerzeugnissen (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 274-320
Sauggasanlagen (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 321-353
Sauggaserzeuger für teerabgebende Brennstoffe (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 353-394
Hochofengase (Ferd. Fischer, J. Gwosdz)....Pages 395-419

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CHEMISCHE TECHNOLOGIE IN EINZELDARSTELLUNGEN HERAUSGEBER: PROF. DR. A. BINZ, FRANKFURT a. M. SPEZIELLE CHEMISCHE TECHNOLOGIE

KRAFTOAS Theorie und Praxis der Vergasung fester Brennstoffe von

D r. F E R D. F 1S C H E R

t

Prof. ao der Uolversitllt GOttingen

2. Auflage Neubearbeitet und ergltnzt von

Dr.-Ing. ]. GWOSDZ Regierungsrat

Mit 245 Figuren im Text

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 19 2 1

Copyright 191 O by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Urspriinglich erschienen bei Otto Spamer, Leipzig 1910. Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 191 O ISBN 978-3-662-33516-1 ISBN 978-3-662-33914-5 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-33914-5

Vorwort. Die Grundbedingung der Weltwirtschaft, besonders der Industrie, ist Ar bei t 1 . Je teurer und unzuverlă.l3licher (Arbeitseinstellungen u. dgl.) aber die Hand ar bei t wird, um so wichtiger ist der Ersatz derselben durch Maschinenarbeit. WasserkriiJte hat Deutschland sehr wenig; um so wichtiger ist die Verwendung der Dampfmaschinen und besonders der Gaskraftmaschinen, welcbe die billigste Arbeit liefert. Die verschiedenen fiir Gaskraftmaschinen verwendeten Gase: Leuchtglli!, Kokereigas, Wassergas, ferner Mischgas aus Anthrazit, Steinkohlen, Braunkohlen, Torf und Holz sowie Hochofengas fa.13t man als "Kraftgas" zusammen. Im vorliegenden Hefte sind nun die zuverlăssigen Werte und Verfahren, welche zur B eu r te il ung des Kraftgases d urch Chemi k e r und Ingenieure erforderlich sind, ausfuhrlich angegeben. Die Kontrolle der Gaserzeugung sollte mehr Beachtung finden als bisher. Die Versuchsergebnisse iiber Entgasung und Vergasung geben die Grundlage zur T h e ori e der Gaserzeugung. Auf den praktischen Generatorbetrieb sind sie nicht ohne weiteres anzuwenden, da besonders an eine Erreichung des "Gleichgewichts" nicht zu denken ist. Von den patentierten Generatoren sind verschiedene ohne geniigende Rucksicht auf den technischen Betrieb, welcher moglichst einfache Einrichtungen - mit Recht - vorzieht, entworfen; sie wurden kurz besprochen. Immerhin sind auch diese Konstruktionen als Versuche, vorliegende Fragen zu li:isen, nicht ohne Wert. Jedenfalls sind die einfacheren Gaserzeuger, welche bereits erprobt sind, vorzuziehen; sie wurden daher ausfiihrlicher behandelt. Besonders fiir Deutschland ist die Herstellung von Kraftgas aus Braunkohle und Torf, sowie die Verwendung der Hochofengase sehr wichtig und verdienen daher die gro.l3te Beachtung. Gottingen, Oktober 1910.

Der Verfasser.

1 Auoh das Geld ist latente Arbeit, da man fiir Geld Arbeit kaufen, duroh Arbeit Geld verdienen kann. (Vgl. Fisohers Jahresber. d. chem. Technol. 1904, 542.)

VI

Vorwort zur zweiten Aufla.ge.

Vorwort znr zweiten Anflage. In dem seit Erscheinen der ersten Auflage verstrichenen Jahrzehnt hat die Gewinnung von Kraftgas eine auBerordentliche Bedeutung erlangt, indem sie dazu berufen erscheint, ein wirksames Mittel zur Milderung der durch den ungliicklichen Ausgang des Krieges eingetretenen Kohlennot abzugeben und dariiber hinaus durch Gewinnung wertvoller Nebenerzeugnisse die Industrie und Landwirtschaft mit dringend gebrauchten Rohstoffen, wie Olen und Diingemitteln, zu versorgen. Bei der Neubearbeitung des Buches, das bereits wahrend des Krieges vergriffen war, mu.llte deshalb auch dem erweiterten Aufgabenkreis der Kraftgasherstellung Rechnung getragen werden. Von allen bereits ausgebildeten oder noch in der Entwickelung begriffenen Methoden zur Nutzbarmachung der Brennstoffe kommt gegenwărtig die restlose Vergasung in Generatoren an erster Stelle in Betracht, und es haben aua diesem Grunde die hierauf beziiglichen Abschnitte des Buches eine weitgehende Umarbeitung und Ergănzung erfahren. Bei der Bewăltigung des umfangreichen Stoffes kam es dem Bearbeiter zugute, da.ll er in vieljiihriger Berufstătigkeit die Entwickelung der Vergasungstechnik aufmerksam verfolgt und vers~hiedentlich in technischen Zeitschriften behandelt hatte. So darf wohl die Erwartung ausgesprochen werden, da.ll alles, was nach dem gegenwărtigen Stande der Wissenschaft und Technik fiir die Gewinnung und Beurteilung von Kraftgas von Bedeutung ist, Beachtung gefunden hat. Ein Hauptaugenmerk wurde auf die Darstellung der bereits im Betriebe erprobten Gaserzeugerbauarten gerichtet. Den lndustriegesellschaften, die auch jetzt wieder in bereitwilliger Weise Unterlagen zur Verfiigung gestellt haben, aei hier besonders gedankt. Die zahlreichen Literaturnachweise, die in der ersten Auflage enthalten waren, sind moglichst weitgehend ergănzt und bis in die neueste Zeit fortgefiihrt worden. Moge das Werk, dem bei seinem ersten Erscheinen eine so wohlwollende Beurteilung seitens hervorragender Fachleute zuteil geworden ist, auch in seiner neuen Gestalt unter den veranderten Zeitlauften von Nutzen sein. Berlin-Charlottenburg, im Marz 1921.

Dr.-Ing. J. Gwosdz.

Inhaltsverzeichnis. Einleitung o o o o o Beurteilung von Kraftgas Untersuchungsverfahren o Spezo Wărme o o o o o o Brennwert und Explosion o Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas o Holz Torf o o o o Braunkohlen Steinkohlen Kohlenlagerung o Entgasung o o Holzentgasung o Torfentgasung o Braunkohlenentgasung Steinkohlenentgasung o . Entgasung bei tiefen Temperaturen (Urteergewinnun.g) Vergasung o o o o o o o o o o Gleichgewicht von C, 00 2 , CO Wasserdampf und Kohleo o o o Gleichgewicht des W assergases Dissoziation o o o o o o o o o Ammoniakbildung bei der Entgasung und Vergasung Verteilung des Stickstoffs in den Entgasungserzeugnissen o 'Oberfiihrung des Koksstickstoffs in Ammoniak o o o o o Gas bild ung i m Generator Luftgas o o o o o o o o o Mischgas o o o o o o o o o Dampfzusatz und Gasbildung Mischgas aus verschiedenen Brennstoffen Randgase und Mittegase o o o o o o o Einflu.ll der Korngro.lle auf die Gasbildung Schlackenbildung o o o o o o o o o o o o Sauerstoffreiche Luft als Vergasungsmittel Chemische Regenerierung von Abgasen Entgasung im Generator Teergewinnung o o o o o o o o o o o Ammoniakbildung im Generator o o o Leuchtgas, Kokereigas und Schwelgas o Kokereigas o Schwelgas o Gasreinigung Wassergas o o Wassergas &Wi Steinkohle (Doppelgas, Triiaii)

Seite

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146 152

VIII

Inhaltsverzeichnis. Seite

Bestandteile der Gaserzeuger (Generatoren). Der Gaserzeugerschacht Schlackenbildung . Herde und Roste . . . Mechanische Roste . . Beschickungsvorrichtungen . Schiireinrichtungen . . . . Luft. und Dampfzufiihrung Windregelung . . . . . . Regelung des Wasserdampfzusatzes . Reinigung und Kiihlung der GeneratorgasP Gasgeneratoren mit Geblasebetrieb . . Druckgaserzeuger fiir Anthrazit und Koks. Druckgaserzeuger fiir Stein- und Braunkoh!P Drehrostgeneratoren . . . . Hochdruckgeneratoren . . . Schlackenabstichgeneratoren Grollraum- und Hochleistungsgeneratoren Druckgeneratoren fiir wasserreiche Brennstoff(' . Torfvergaser . . . . . . . . . . . . . . Vergasung von Rohbraunkohlen . . . . . . . Vergasung von Holz und Pf!anzenabfăllen Gaserzeuger mit Einrichtungen zur Vortrocknung des Brennstoffs Generatoren fiir minderwertige (aschenreiche und feinkornige) BrennstoffP Generatoren fi.ir Gewinnung von Nebenerzeugnissen . . . . Ammoniakgewinnung nach dem Mondschen Verfahren . . . . . . In Deutschland ausgefiihrte Anlagen fiir Nebenerzeugnisgewinnung Neuere Patente betr. Ammoniakgewinnung im Generator Ammoniakgewinnung unter geringerem Dampfzusatz Generatoren mit Einrichtung zur Teergewinnung Zonengeneratoren . . . . . . . Generatoren fiir Urteergewinnung Sauggasanlagen. . . . . . . . . Sauggas aus Anthrazit und Koks Einrichtungen zur selbsttătigen Regelung der Dampfzufiihrung Sicherheitseinrichtungen Kleingasanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . Sauggaslokomobilen . . . . . . . . . . . . . . . Sauggaserzeuger fiir teerabgebende Brennstoffe. Doppelschachtgeneratoren . . . . . . . . Generatoren mit umgekehrter Zugrichtung. . Doppelfeuergeneratoren . . . . . . . . . . Generatoren mit Umfiihrung der Schwelgase Generatoren mit Unterbeschickung Sauggaserzeuger fiir Braunkohlen . . . . . Sauggasanlagen fiir Torf . . . . . Sauggasan!agen fiir Holz und pflanzliche Abfiillc Sauggasanlagen, behordliche Vorschriften fiir Aufste!lung und Betrieb Hochofengase Reinigung . . . . Saohverzeichnis . . Namenverzeichnis Patentverzeichnis

157 158 159 161 162 181 184 191 194 198 201 204 204 210 213 220 224 233 237 238 241 248 250 256 274 274 278 286 291 295 295 301 321 321 338 345 347 351 353 354 358 362 365 372 373 386 390 392 395 399 420 425 427

Einleitung. Als Kraftgas ist jedes Gas zu bezeichnen, welches in einer Verbrennungsmaschine zur Erzeugqng .von Kraft verwendet wird, also besonders Leuchtgas, Kokereigas, Wassergas, Generatorgas und Hochofengas. Erstere dienen bekanntlich auch zur Beleuchtung und alle m Feuerungen als Hei~gas. Die ersten Gasmaschinen (besonders Langen & Otto, 1867; Korting, 1881) waren nur fiir Leuchtgas bestimmt; dann folgte 1886 die Verwendung von Generatorgas und 1894 von Hochofengas 1 • Die Schaffung einer praktisch brauchbaren und wirtschaftlich arbeitenden Gasturbine, eine Aufgabe, die wohl auch heute. noch nicht als vollkommen gelost anzusehen ist, ist jedenfalls durch die Arbeiten Holzwarths u. a. 2 wesentlich gefOrdert worden. Die Gaskraftmaschinen verdanken ihre gewaltige Entwicklung besonders ihrem geringen Wărme- bzw. Brennstoffverbrauch. Noch vor 50 Jahren galt die Gewinnung eines Zehnteis der Verbrennungswarme in Form von mechanischer Arbeit als ein erstrebenswertes, noch nicht erreichtes Ziel. Die Dampftechnik hat heute rund 1 / 6 , die Verbrennungsmaschine rund 1 / 3 erreicht. Die nachstehende ZusammensteHung gibt einen Dberblick iiber den Warmeverbrauch und die Gesamtwarmeausnutzung verschiedener Kraftmaschinen fiir 1 PS-St. 3 : Art der Kraftmaschinen

Warmeverbrauch hWE

Gesamtausnutzung

%

Heilldampfauspuffmaschine einschl. Kessel 70-100 6,3-9 Heilldampfmaschine oder Turbine mit Kondensator einschl. Kessel • . . . . . . . . . . . . . 35-70 9-18,1 Gasmaschine mit Gaserzeuger (Sauggasanlage) . 28-36 17-22,6 Gasmaschine ohne Gaserzeuger 23-26 24.-27,5 Benzi.nmotor . . . . . . . . 28-40 15,8-22.6 Benzolmotor, Leuchtgasmotor . 22-35 18,1-28,7 Spiritusmotor . . . . . . . . 20-28 22,6-31,6 Dieselmaschine . . . . . . . 18-20 31-35,1 1 Vgl.H.Gilldner:DasEntwerfen undBerechnen derVerbrennungskraftmaschinen, 3. Aufl. (Berlin 1911l); A. Riedler: GroB- Gasmaschinen (Miinchen 1906); R; Schiittler: Die Gasmaschine, 5. Aufl. (Berlin 1909); Journ. f. Gasbel.1909, 841. z H. Holzwartk~· Die Gasturbine (1911), .femer Eyermann und Sckulz: Die Gasturbinen, ihre geschichtliche Entwickelwig, Theorie und Bauart (2. Aufl. 1920) und Zeitsch. d. Ver. deutsch. Ing. 1920, S. 197. 3 Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1912, 1869. Fis c h e r, Kraftgas. 2. Aufl.

l

Einleitung.

2

Nach Kutzbachl ist in Fig. l einmal der stiindliche Verbrauch einer 200 pferdigen, maximal 240 pferdigen Sauggasmaschlne bei verschiedener Belastung und bei Stillstand aufgetragen, andererseits der auf l PSe umgerechnete Verbrauch. Eingezeichnet ist auch die Linie, nach welcher WE/s' der stti.ndliche Verbrauch verr aoooQQ laufen muJ3te, wenn die ther\ 1 mische Ausnutzung fur PSi bis 7ZDtKJv' herab znm Leerlauf die gleiche i 7Mt700 ware, was aher infolge abnehmenden thermischen Wirkungsgrades von Maschine und Gene63~1 t j rator nie der Fall ist. y ' Die Ni.irnberger Maschine n ba ugesellschaft gibt folSOIJIJ(JO gende bildliche Darstellung (siehe Fig. 2, Sdte 3) fi.ir die Wărme­ ausnutzung inel ktriscbenKraft1 f- ~(}IJ(JQO werken und fur d~:n Wărrr everbrauch zur Gewinnung von 1 kW-St. einmal bei Gasmaschinenbetrieb (linke Hălfte) und bei Dampfturbinenbetrieb mit gasgefeuert( m Kessel (rechte ZllOP(}() Hălfte der Figur). Auch nach F. Ebel2 ist der Wă.rmeverbrauch im letzteren Falle nabezu doppelt 1QOQM so groB als bei GroBgasmawhinen. Eine englische Kommission 3 fand bei ~inem 60 pferdigen Gaamotor folgende Warmeverteilung: 1

' ·''Il

OOQ/)()(J

Fig. 1. Wlirmeverbrauch einer 200·PS-Sauggasanlage.

In den Auspuffgasen • 43,0% Im Kiihlwasser . . . • 22,3% Indizierte PS. • . . . . 34,7%

Bei Verwendung von Mischgas ist nach O. Marr4 fiir gute Maschinen von lO bis 100 PS 5 bei voller Belastung der Verbrauch zu 26 bis 23 h WE des Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1909, 584. Gliickauf 1920, 741. 3 Journ. of Gaslight 1907, No. 2286. 4 O. Marr: Die neueren Kraftmaschinen, ihre Kosten und ihre Verwendung, 1904 (Miinchen, R. Oldenbourg); Derselbe: Kosten der Betriebskriifte bei 1- bis 24stiindiger Arbeitszeit tiiglich (Miinchen, Oldenbourg). 5 Abktirzungen der Ma.Oe, Gewichte usw.: Meter . . . m Gramm . . . . . g Hektoliter (100 1) • hl Zentimeter . cm Kilogramm . . . . . kg Wiirmeeinheit . . . WE Millimeter . mm Tonne (1000 kg) . . . t Hektowiirmeeinheit Kubikmeter cbm Hektokilogramm (100 WE) hWE Liter . . . • l (100 kg) hkg Pferdestiirke . . . . PS 1 2

.

.....

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., . ... ...

Wfi.ERMERUSN UETZU NG 25,2% (OHNE ABW~ERMEVERWERTER)

•100•!.

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ine. Fig, 2. Wărmeausnutzung bei ei ner Gasmaschi ne uod einer Dampfturb

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WRERMERUSNUETZUNG 16

°/;

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Einleitung.

4

verbrauchten Gases fiir 1 Stundenpferd anzunehmen, fiir gewohnliche Maschinen zu 32 bis 27 h WE. Bei einem Wirkungsgrarl des Gaserzeugers von 0,75 wiirde also der Wărmeaufwand des Brennstoffes fiir l Stundenpferd 43 bis 37 hWE betragen: Verbrauch an Motorengrolle in PS

Wărmeeinheiten

und . . . .

Bei voller N ennleiatung " halber

10

4300 6200

1

1 1

1

des verwendeten Brennstoffes fiir Stunde Pferdestărke.

20

1

4200 6000

1

'ii

30

4100 5800

1

1 1

40

4000 5600

11

50

60

3900 5400

1 '3800 1

5200

1

80

i

3700

1

i 5000

100

3700 5000

Vergleichen w1r damit den Menschen als Kraftq uelle, so ist der der Nahrungsmittel eines erwachsenen Menschen meist 3000 bis 3500 WE, erreicht aher unter Umstănden selbst 4500 WE.1. Bei achtstiindiger Arheit leistet der Mensch sekundlich etwa 4,7 mkg mechanische Arheit, somit tăglich 127 000 mkg, entsprechend 300 WE, oder nicht ganz 0,5 Stundenpferd. Die iibrige in den Nahrungsmitteln aufgespeicherte Sonnenwărme wird wesentlich zur Erhaltung der Temperatur, Verdauungsarbeit, Atmung u. dgl. verbraucht, vergleichhar mit dem Leerlauf einer Maschine. Die Kosten von 100· Pferdekraftstunden betragen demnach etwa: Wărmewert

200 Arbeiter, je 2,5 Mk.. . . 10 Pferde, einschl. Wartung Dampf- und Gasmaschine . .

. . . 500 Mk. 50 " . · 1 bis 5 "

Menschenk,caft ist also etwa 200 mal so teuer wie Maschinenkraft 2 • Fiir die Ersetzung von Menschenarbeit durch Maschinenkraft 3 ist aher ganz hesonders die Gaskraft~aschine geeignet. Die 1noglichst vorteilhafte Herstellung von Kraftgas ist daher sehr wichtig. Die Einheit der mechanischen Arhcit ist hekanntlich das Meterkilogramm = mkg. 75 mkg entspreehen einer Maschinenpferdestarke = PS. 1 Vgl. E. v. Leyden: Handbuch der Ernăhrungstherapie (Leipzig 1897), S. 147; vgl. Fischers Jahresber. 1900, II, 442. 2 Infolge des starken Ansteigens der Arbeitslohne nach dem Kriege haben sich die Verhăltnisse noch betrăchtlich zuungunsten dcr menschlichen Arbeitskraft verschoben. 3 Die Forderung nach Verkiirzung der Arbcitszeit und gleichzeitig erhohtem Lebensgenull ist ein schreiender Widerspruch, wenn nicht die vermindertţJ Quantităt durch bessere Q uali tă t der Arbeit ausgeglichen, die Menschenarbeit veredelt wird. Dieses kann dadurch geschehen, dall die mechanische Arbeit moglichst auf Maschinen iibertragen wird, und dall die Arbeitsverfahren verbesscrt werden, was eben cine er- · hiihte wissenschaftliche Tătigkeit erfordert. Es ist durchaus nicht die "schwielige Faust" des Arbeiters, von welcher das Gedeihen der Industrie abhăngt, sondern das Wissen und technische Konnen der Fabrikleiter, der Chemiker und der Ingenieure, welche dem Arbeiter den geeigneten Platz anweisen, wo er seine Făhigkeiten betătigen kann. (Vgl. Fischer: Die Industrie Deutschlands und seiner Kolonien, 2. Aufl., S. 3.) •

Ein1eitung.

Als Wărmeeinheit (WE) fiir technische Zwecke gilt die Wărmemenge, welche erforderlich ist, 1 kg Wasser (bei etwa 15 °) um 1 ° zu erwărmen; eine Umrechnu'ng auf die wissenschaftliche Wărmeeinheit (cal. g Wasser von 0°) ist kaun1 je erforderlich. 100 WE werden passend mit h WE (Hektowărmeein­ heit) bczeichnct. 1 WEist = 425mkg, somit 1 Stundenpferdestărke = 635 WE 1 . Die Einheit der elektrischen Arbeit ist das Voltampere (VA) oder Watt = 0,102 mkg, 1 Kilowatt = 1000 Watt, demnach 1 Kilowattstunde 1,339 PS = 864 WE. Ferner (sekundlich): VA l

9,81 4164 736

mkg

0,102 l

425 75

WE

0,00024 0,00235 1 0,1765

PS 0,00136 0,0133 5,7~

1

In den Liindern englischer Zunge rechnet man zumeist noch mit der britischen (British Therma1 Cnit, abgek.: BTU). 1 BTU = 0,252 WE erwărmt 1 engl. Pfd. Wr,sser ( = 453,59 g) um 1° Fahrenheit.

1

Wărmeeinheit

Beurteilung von Kraftgas. Regeln fiir Leistungsversuche an Gasmaschinen und Gaserzeugern, aufgestellt vom Verein deutscher Ingenieure, dem Verein deutscher Maschinenbauanstalten und dem Verband von Gro13gasmaschinenfabrikanten im Jahre 1906.

Einleitung. Die fc>lgende Zusammenstellung hat den Zweck, fiir Leistungsversuche an Kraftgasanlagen und Verbrennungskraftmaschinen Regeln von allgemeiner Giiltigkeit zu schaffen. Es ist wiinschenswert, durch Angabe der wichtigsten VerhiiJtnisse der untersuchten Anlagen und der Umstănde, unter welchen die Ergebnisse er· zielt worden Rind, dahin zu wirken, daB 'diese Ergebnisse nicht nur fur den einzelnen Fali benutzt werden konnen, sondern auch allgemeinen Wert .erhalten. Zu dem Zweck ist es erforderlich, daB alle Angaben einheitlich nach MaBgabe der nachfolgenden Bestimmungen gemacht werden. Mit der Ausfiihrung derartiger Untersuchungen sind nur solche Personen zu beauftragen, welche die hierzu erforderliche Sachkenntnis und Dbung besitzen. Sie sollen mit Beachtung des jeweiligen Zweckes, der es in vielen Făllen nicht fordern wird, daB die hier betrachteten Untersuchungen samt.lich durchgefiihrt werden, einen Versuchsplan aufstellen, die zur Untersuchung dienenden Vorrichtungen auf ihre Brauehbarkeit priifen und die Ergebnisse zusammenstellen. Ihren Arbeiten sind die folgenden Bestimmungen mit sinngemaBer Anwendung und Auswahl fiir den einzelnen Fali zugrunde zu legen. Allgemeine Bestimmungen. Gegenstand der Untersuchungen. l. Gegenstand der Untersuchung einer Kraftgaserzeugungsanlage kann sein:

a) die Menge, die Zusammensetzung und der Heizwert des verbrauchten Brennstoffes; b) die Menge, die Zusammensetzung und der Heizwert des erzeugten Gasea; c) der Wirkungsgrad der Gaserzeugungsanlage; d) die einzelnen in der Gaserzeugungsanlage stattfindenden Wărmeverluste; e) die Menge der in 1 cbm Gas enthaltenen Verunreinigungen (Staub, Teer, Schwefel i.Isw.); f) der Feuchtigkeitsgehalt des Gasea; g) der Wasserverbrauch der Gaserzeugungsanlage, insgesamt und in den einzelncn Teilen; h) die zum Betrieb einschliel3lich der Reinigungsanlage erforderliche mechanische Arbeit;

Beurteilung von Kraftgas.

7

i) die Dauer des Anblasens; k) der Abbrand wjihrend der Tag- und Nachtpausen. 2. Gegenstand der Untersuchung einer Verbrennungskraftmaschine kann sein: a) die indizierte Leistung und die Nutzleistung; b) der mechanische Wirkungsgrad; c) der Brennstoffverbrauch und der Wărmeverbrauch fiir 1 PS-st; el) der Verbrauch an Schmiermitteln, getrennt fiir Zylinder und Maschine; e) der Verbrauch an Wasser und die ins Kiihlwasser abgefiihrte Wărme; f) die Schwankungen der Umlaufzahl; g) die ZusammensetzUI;~g der Abgase. Zahl und Dauer der Untersuchungen;

zulăssige

Schwankungen.

3. Zahl und Dauer der Versuche haben sich nach dem Zwecke der Unrersuchung zu richten und sind unter Beriicksichtigung der Anlage- und Betriebsverhăltnisse - bei Versuchen von besonderer Wichtigkeit, deren Ergebnisse z. B. fiir die Abnahme, fiir Abziige oder Prămien maBgebend sind, auch nach der Bedeutung des damit verkniipften Interesses - gemăB Nr. 4 bis 8 zu bemessen und vorher zu vereinbaren. 4. Abnahmeversuche sollen moglichst bald nach Inbetriebnahme einer Anlage ausgefiihrt werden; jedoch wird dem Lieferank'n zu eigenen Vorversuchen und zu den etwa notigen Verbesserungen eine angemessene Frist eingeraumt. Die Dauer dieser Frist und sonstige Bedingungen sind moglichst bei Abfassung des Lieferungsvertrages festzustellen. 5. Um die zu untersuchende Alllage im Betriebe kennen zu lernen, die zur Verwendung kommenden Vorrichtungen zu priifen und die Beobachter und Hilfskrăfte anzuweisen, miissen Vorversuche zugelassen werden. 6. Handelt es sich um die Ermittlung des Brennstoffverbrauches von Gaserzeugem, so hat der Versuch im Beharrungszustand mindestens 8 Stunden ohne Unterbrechung zu dauem. 7. Handelt es sich um die Bestimmung des Verbrauches an fliissigem oder gasformigem Brennstoff, so geniigen, den Beharrungszustand vorausgesetzt, bei den hohen Belastungsstufen Messungen von etwa einstiindiger Dauer, und falls auBerdem der Verbrauch bei niedrigeren Belastungen ermittelt werden soll, hierfiir Messungen von noch kiirzerer Dauer. Um den Beharrungszustand nachzuweisen, ist die Temperatur des abflieBenden Kiihlwassers von Zeit zu Zeit abzulesen. Bei den vorstehenden Zeitangaben ist vorausgesetzt, daB keine Unterbrechung oder Storung des Versuches stattfindet, und daB Zwischenablesungen fiir den Verbrauch nur wenig vonein11.nder abweichende Werte ergeben. 8. Soll lediglich der mechanische Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine festgestellt werden, so geniigen Versuche von kurzer Dauer im Beharrungszustande; doch sind mindestens 10 Diagrammsătze zu nehmen. 9. Fiir Untersuchungen von besonderer Wichtigkeit sind mindestens zwei Versuche hintereinander auszufiihren, die nur dann als giiltig erachtet werden, wenn sie nicht durch Storungen unterbrochen worden sind und wenn ihre Ergebnisse nicht mehr voneinander abweichen, als unvermeidlichen Beobachtungsfehlem zugeschrieben werden darf. Der Mittelwert aus diesen beiden Versuchen wird als endgiiltig angenommen. 10. Wie weit von der zugesagten Leistung und von dem zugesagten Verbrauch abgewichen werden darf, ohne die Zusage als verletzt erscheinen zu lassen, ist vor den Versuchen (sei es im Lieferungsvertrage, sei es bei Aufstellung des Versuchsplanes) zu vereinbaren. Ist keine andere Vereinbarung getroffen, so gilt die Zusage noch ala erftillt, wenn die durch den Versuch ermittelte Zahl um nicht mehr als 5 v. H. ungiinstiger ist als die zugesicherte Zahl. Doch gilt dieser Spielraum fiir die Leistung nur beziiglich einer auBer der Dauerleistung zugesagten Hochstleistung. Die zugesagte Dauerleistung muB die Maschine unter allen Umstanden aufweisen. Innerhalb derselben Grenzen mu.B der zugesicherte Verbrauch an Brennstoff oder Wasser auch dann noch innegehalten werden, wenn bei Schwankungen wahrend des Versuches die Belastung der Maschine im Mittel

8

Beurteilung von Kraftgas.

wăhrend des ganzen Versuches um nicht mehr als ±5%, im einzelnen in der Rege! um nicht mehr als =r:::15% von der dem zugesicherten Brennstoff· oder Wasserverbrauch zugrunde gelegten Beanspruchung oder Belastung abgewichen ist. Bem e r k ung. Da es bei Leistungsversuchen oft nicht moglich ist, die Verbrennungskraftmaschihe mit derjenigen Xutzleistung arbeiten zu lassen, auf welche sich die im Vertrage ausgesprochene Zusage bezieht, so empfiehlt es sich, auch fiir groBere und kleinere Leistungen Zahlen des voraussichtlichen Brennstoffverbrauches in den Vertrag aufzunehmen. Dasselbe gilt sinngemăB auch fiir Kraftgaserzeuger.

MaOelnhelten und Benennungen. 11. Bei Druckangaben ist stets beizufiigen, ob absoluter, 'Ober- oder Vnterdruck zu verstehen ist. Unter Atmosphăre als Druckbezeichnung ist die metrische, d. h. 1 kgjqcm, zu verstehen. 12. Alle Temperatur- und Wiirmemessungen beziehen sich auf das 100teilige Thermometer von Celsius. 13. Als mechanisches Wărmeăquivalent gilt der Wert 427 mkg = 1 WE, entsprechend 1 PS-st = 632 WE. 14. Als Heizwert eines Brennstoffes ist der untere Heizwert einzusetzen, d. h. diejenige Wărmemenge, welche bei der vollst.ăndigen Verbrennung des Brennstoffes und bei der Abkiihlung der Verbrennungserzeugnisse auf die urspriingliche (Zimmer-)Temperatur unter konstantem Druck frei wird, falls angenommen wird, daB das Verbrennungswasser und die in dem Brennstoff enthaltene Feuchtigkeit dampfformig bleiben. Der Heizwert ist auf die Einheitsmenge urspriinglichen Brennstoffes (ohne Abzug von Asche, Feuchtigkeit usw.) bezogen Îl). WE anzugeben. Bei festen und fliissigen Brennstoffen gilt als Einheitsmenge 1 kg Brennstoff. Der Heizwert von gasformigen Brennstoffen ist auf 1.cbm bei 0° und 760 mm Barometerstand bezogen oder als "effektiver" Heizwert, d. h. bezogen auf 1 cbm des tatsăchlich vorliegenden Gases, in WE anzugeben. Falls keine weiteren Angaben gemacht sind, ist immer der auf 0° und · 760 mm Barometerstand reduzierte Heizwert gemeint. 15. Unter dem Wirkungsgrad einer Gaserzeugungsanlage versteht man das Verhăltnill der in dem erzeugten Gase chemisch gebundenen Wărmemenge zu der Verbrennungswărme der gesamten in der Anlage verbrauchten Brennstoffmenge, beide aus. dem unteren Heizwert bereohnet. Bem e r k ung: Bei Kraftgasanlagen mit einem besonders geheizten Dampfkessel empfiehlt es sich, auch das Verhăltnis der im erzeugten Gase chemisch gebundenen Wărmemenge ZU dem Heizwert des lediglich im Generator hierzu aufgebrauchten Brennstoffes zu bestimmen. 16. Fiir die Leistung einer Verbrennungskraftmaschine gilt als MaBeinheit die Pferdestărke gleich 75 Sekundenmeterkilogramm. Es ist unzweifelhaft auszudriicken, ob die indizierte oder die Nutzleistung gemeint ist. Falls keine weitere Bezeichnung angegeben ist, ist stets die Nu tzleistung gemeint. 17. Als indizierte Leistung der Mase hine oder indfzierte Leistung schlechthin gilt der Vnterschied zwischen den im ganzen erzeugten und den im ganzen hiervon innerhalb der Maschine verbrauchten indizierten Arbeiten, oder kurz: der Unterschied zwischen der positiven und der negativen indizierten Leistung. Leerlaufarbeit ist die indizierte Leistung der Maschine in dem Zustand, in dem sie keine Nutzarbeit leistet. 18. Dor mechanische Wirkungsgrad ist das Verhăltnis der Nutzleistung zur indizierten Leistung der Maschine. 19. Alle Verbrauchszahlen sind auf die Stunde und, falls sie mit der Leistung der 1\laschine verglichen werden sollen, auf 1 PS-St zu beziehen. Wenn nichts anderes bestimmt ist, beziehen sich diese Angaben auf die Nutzleistung bei \'oller Belastung.

Ausfiihrung der Untersuchungen. 20. Handelt es sich um die Messung des in einem Gaserzeuger erzeugten Gases oder des in einer ::\faschinc vcrbrauchten Brennstoffes, so sind alle fiir den Versuch nicht

Beurteilung von Kraftgas.

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zur Anwendung kommenden Leitungen von den Versuehsleitungen, dem Generator und der Versuchsmasehine abzusperren, am besten mittels Blindflansehe. Die Versuehsleitungen, Gasbehălter usw. sind auf ihre Dichtheit zu priifen und zu dichten. Unvermeidliche Undichtigkeitsverluste sind, zumal bei gemauerten Gaskanălen, festzustellen. Untersuch ung des Brennstoffverbrauches ei ner Kraftgasanlage. 21. Art, Zahl und Dauer der Versuche sind nach Ma.Bgabe der ,.Allgemeinen Bestimmungen" (Nr. l bis 10) zu vereinbaren. 22. Die Konstruktions- und Betriebsverhăltnisse der Kraftgasanlage sind im Versuchsberichte so vollstăndig anzugeben und durch Zeichnungen zu erlăutern, wie es zur · Beurteilung der Wirkungsweise und der Priifungsergebnisse erforderlich ist. 23. Vor dem Versuch ist die Kraftgasanlage innerlich und ău.Berlich auf ihren ordnungsmăBigen Zustand zu priifen. 24. Der im Gaserzeuger verbrauchte Brennstoff wird gemessen durch das Gew1eht des Brennstoffes, der wăhrend des Versuches nachgefiillt werden mu.B, damit der Generator am Ende des Versuches genau denselben Inhalt an im Brennstoff chemisch gebundener und an freier Wărme besitzt wie zu Anfang des Versuches. Zur Erfiillung dieser Bedingurig ist es nicht ausreichend, da.B die Schiitthohe am Ende gleich ist wie am Anfang;. vielmehr mu.B auch beaclrtet werden, welchen Einflu.B die im Generator enthaltenen Aschen- und Schlackenmengen, die Lage der Gliihzone, die Bildung von Hohlrăumen, die Dichte der Generatorfiillung und die chemische Beschaffenheit der in Verbrennung begriffenen Brennstoffteile auf den Wărmeinhalt des Generators ausiiben. Um der geforderten Bedingung zu geniigen, sind folgende Vorschriften zu erfiillen: 25. Bei Beginn des Versuches mu.B sich die Anlage tunlichst im Beharrungszustande befinden; sie mu.B deshalb nach der Reinigung einen oder mehrere Tage im Betriebe gewesen sein, und zwar mit Brennstoff von derselben Beschaffenheit und Korngro.Be, bei derselben Schiitthohe, bei derselben Art · der Bedienung hinsichtlich des Nachfiillens von Brennstoff und des Schlackens und bei derselben Beanspruchung wie wăhrend des Versuches. 26. Wăhrend des Versuches soli der Gaserzeuger moglichst nach den Bedienungsvorschriften beschickt und geschiirt werden; die Schiitthohe mu.B zu Anfang und zu Ende des Versuches gleich sein und wăhrend des Versuches moglichst ebenso erhalten bleiben; ungefăhr eine halbe Stunde vor Beginn tind vor Ende des Versuches ist abzuschlacken. Ist es unmoglich, wăhrend des Betriebes zu schlacken, so mu.B die Anlage zu Ende des Versuches sofort stiUgesetzt werden, worauf der Generator rasch abzuschlacken und bis zu gleicher Schiitthfihe wie zu Anfang des Versuches nachzufiillen ist. Die hierzu verwendete Kohlenmenge ist dem Verbrauch zuzurechnen. 27. Der wăhrend des Versuches verbrauchte Breunstoff ist z.u wăgen, ebenso der unverbrauchte und noch brauchbare Brennstoff, der beim Schlacken oberhalb des Rostes herausfăllt, und derjenige, welcher :j.US der Asche herausgelesen wird. Die Menge des ersteren darf vom Verbrauch in Abzug gebracht werden, nicht aher der Brennstoff, der aus der Asche herausgelesen wird, und nicht der Kohlenstaub, der sich in den Reinigem und Leitungen hinter dem Generator vorfindet. 28. Um die wăhrend des Versuches gezogene Aschen- und Schlackenmenge bestimmen zu konnen, ist der Aschenfall vor dem Versuche zu entleeren; ist das nicht moglich (Schrăgrostfeuerungen), so sind die Riickstănde dariu vor und nach dem Versuch abzugleichen. 29. Der Abbrand wăhrend der Tag- und Nachtpausen ist festzustellen. 30. Um vom festen Brennstoff eine richtige Durchschnittsprobe zu erlangen, kann man in folgender Weise verfahren. Von jeder Ladung (Karre, Korb u. dgl.) des zugefiihrten Brennstoffes wird eine Schaufel voll in ein mit einem Deckel versehenes Gefă.B geworfen. Sofort nach Beendigung des Versuches wird der Inhalt des Gefă.Bes zerkleinert, gemischt, quadratisch ausgebreitet und durch die beiden Diagonalen in vier Teile geteilt. Zwei einander gegeniiberliegende Teile werden fortgenommen, die beiden anderen wieder zerkleinert, gemischt und geteilt. In dieser Weise wird fortgefahren, bis eine

Beurteilung von Kraftgas.

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Probemenge von 5 bis 10 kg iibrigbleibt, die in gut verschlossenen GefiiBen zur Uotersuchung gebracht wird. AuBerdem ist wiihrend des Versuches eine Anzahl von Proben zur Bestimmung der Feuchtigkeit in luftdicht verschlieBbare GefiiBe zu fiillen. 31. Die Zusammensetzung des Breunstoffes ist durch Elementaranalyse zu ermitteln. Es soll der Gehalt an Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (0), Schwefel (S), Asche (A) und Wasser (W) in Gewichtsprozenten bezogen auf urspriinglichen Breunstoff angegeben. werden. Der Gehalt des Brennstoffes an Stickstoff (N) kann unberiicksichtigt bleiben. Das Verhalten in der Hitze ist durch Verkokungsprobe zu ermitteln. 32. Der Heizwert des Breunstoffes ist kalorimetrisch zu ermitteln. Bemerkung: Auf Grund der chemischen Analyse kann der Heizwert von Anthrazit, Koks, Steinkohlen und Braunkohlen angeniihert mittels der sog. Verbandsformel berechnet werden. Untersuchung der Leistung einer Verbrennungskraftmaschine. 33. Art, Zahl und Dauer der Versuche sind nach MaBgabe der "Allgemeinen Bestimmungen" (Nr. 1 bis 8) zu vereinbaren. 34. Die Konstruktions- und Betriebsverhăltnisse der Maschine sind im Versuchsbericht so vollstăndig anzugeben, wie es zur Beurteilung der Wirkungsweise und der ·Betriebsergebnisse erforderlich ist; insbesondere: Bauart und Leistung der Maschlne; Durchmesser der Zylinder und Kolbenstangen; Kolbenhub, Inhalt des Kompressionsraumes und sonstige in Betracht kommende Abmessungen; die normale Umlaufzahl und ihre zuliissigen Schwankungen; Art und Heizwert des Brennstoffes, fiir den die Maschine bestimmt ist. Der Durchmesser des Zylinders und der Kolbenhub sind, wenn es mi:iglich ist, zu messen. 35. Vor dem Versuch ist die Maschine innerlich und iiuBerlich auf ihren ordnungs măBigen Zustand zu priifen. 36. Die Umlaufzahl der Maschine wird durch ein Ziihlwerk ermittelt, dessen Stand in entgprechenden Zwischenrăumen vermerkt und von Zeit zu Zeit durch direkte Zăhlung der U mlăufe nachgepriift wird. Werden die Geschwindigkeitwerhăltnisse der Maschine untersucht, so sind zu bestimmen: a) die Umlaufzahlen im Beharrungszustande bei maximaler Belastung und im Leerlauf; b) die Schwankungen der Umlaufzahl bei gleichbleibender Belastung: c) um wieviel die Umlaufzahl, vom Beharrungszustand aus, bei vorge8chriebener Belastung oder Entlastung voriibergehend sinkt oder steigt. 37. Die Nutzleistung kami mittels der Bremse oder auf elektrischem Wege ermlttelt werden. - Die MaB- und Gewichtsverhăltnisse der Bremse sind mi:iglichst vor dem Versuch festzustellen. Die elektrische Messung kann durch eine Dynamomaschine erfolgen, die mit der Gasmaschine unmittelbar gekuppelt ist. Die Nutzarbeit wird aus der von der Dynamomaschine abgegebenen Leistung berech!let. Der Wirkungsgrad der Dynamomaschine ist nach einer der Methoden zu bestimmen, die in den "Normalien fiir Bewertung und Priifung von elektrischen Maschinen und Transformatoren", herausgegeben vom Ver hand deutscher Elektrotechniker, festgelegt sind. Ist der Wirkungsgrad mittelbar durch Bestimmung der "meBbaren Verluste" ermittelt, so ist fiir die nicht beriicksichtigten Verluste ein Bauschbetrag von 2% der Vollastarbeit als von der Gasmaschine zusătzlich geleistete Arbeit einzusetzen. Die Geriite, mit denen die elektrischen Messungen vorgPnommen werden, miissen vor und mi:iglichst auch nach dem Versuch geeicht werden.

Beurteilung von K.raftgas.

11

38. Die Indikatoren Bind moglichst unmittelbar am Verbrennungsraum ohne lange und scharf gekrtimmte Zwischenleitungen anzubringen, und zwar an jedem Verbrennungsraum ein Indikator. Zu dem Zweck ist jeder Verbrennungsraum mit einer Bohrung fiir 3/ 4 " oder 1" Whitworth zu versehen. Dasselbe gilt sinngemă13 fiir die Pumpenzylinder Die lndikatoren und ihre Fedem sind vor und nach dem Versuch nach den Normen des Vereins deutscher lngenieure zu priifen. 39. Wăhrend des Versuches sind moglichst oft Diagramme an jedem Verbrennungsraum und an den Pumpenzylindem abzunehmen. Die Diagramme erhalten Ordnungsnummem und Angaben liber die Zeit der Entnahme, den Federmal3stab und die Zahl der Einzeldiagramme. Es sind jedesmal m.indestens 5 Diagramme. hintereinander auf einem Blatt aufzunehmen. Von Zeit zu Zeit sind auch Diagramme mit schwacher Feder an den Verbrennungsrăumen zu entnehmen. Die indizierte Leerlaufarbeit ist unmittelbar nach Schlu.B des Hauptversuches zu messen, solange die Maschine noch betriebswarm ist. Hierbei ist besonders darauf zu achten, dal3 die Leerlaufdiagramme nicht wăhrend einer Beschleunigungs- oder einer Verzogerungsperiode des Schwungrades entnommen werden. Unt"ersuchung des in einer Kraftgasanlage erzeugten oder in einer Verbrennungskraftmaschine verbrauchten. Gases oder des verbrauchten fliissigen Brennstoffes. chemische Analyse des Gases we:rden wăhrend des Verdie 40. Die Proben fiir suches in gleichmă.Bigen Zwischenrăumen moglichst oft entnommen und entweder an Ort und Stelle analysierţ oder in zugeschmolzenen Glasrohren bis zur Ausfiihrung der Analyse aufbewahrt. Durch die Analyse soll der·Gehalt in Volumprozenten an Kohlenoxyd (CO), Kohlensăure (00 2), Wasserstoff (H2 ), Methan (CH4 ), an schweren Kohlen wasserstoffen und an Sauerstoff (0 2 ) bestimmt werden; au.Be:rdem empfiehlt es sich, den Schwefelgehalt (in g pro cbm) zu ermitteln. · Die Gasproben sind zwischen der Reinigungsanlage und der Maschine zu entnehmen. 41. Der Heizwert des Gases ist moglichst oft kalorimetrisch zu bestimmen. Der Brenner des Kalorimeters, in dem die Heizwertbestimmung ausgefiihrt wird, soll womoglţch ununterbrochen von der Gasleitung aus gespeis_t werden. Bei Sauggasanlagen kann dies durch Anwendung einer Gaspumpe, welche aus der Leitung saugt, geschehen. Ist man gezwungen, bei abgestelltem Kalorimeter eine Gasprobe aua der Gasleitung zu entnehmen, die erst nachher unter Uberdruck gesetzt oder im Kalorimeter verbrannt wird, so. soll die abgezapfte Gasmenge mindestens 300 1 betragen, damit das Kalorimeter auch hinsichtlich des abtropfenden Verbrennungswassers zuerst in den Beharrungszustand gebracht we:rden kann, und damit dann mindestens 100 1 fiir zwei aufeinanderfolgende Heizwertermittlungen iibrigbleiben. ·Die Saugpumpe, der Gasbehălter und die Leitungen miissen bei der Kalorimetrierung von Sauggas besonders sorgfăltig gedichtet we:rden. 42. Die Gasuhr des Kalorimeters, in dem der Heizwert des erzeugten Gases bestimmt wird, mu.B geeicht werden. Zur Bestimmung der Temperaturen des Kalorimeterwassers diirfen nur mit Eichschein versehene Thermometer oder mit solchen verglichene Thermometer, die mindestens in 1ft 0 ° eingeteilt sind, verwendet we:rden. Bemerkung: Auf Grund der chemischen Analyse kann der Heizwert von Gasen, welche keine schweren Kohlenwasserstoffe enthalten, mittels .der Formei 30,5 (CO)'+ 25,7 (H2) + 85,1 (CH4 ) berechnet werden, falls die Bestimmung durch Kalorimeter nicht ausfiihrbar ist. 43. Die Menge des erzeugten oder verbrauchten Gasea wird mittels Gasglocke oder Gasuhr bestimmt. Die Querschnittflăche der Gasglocke ist durch Messung ihres Umfanges an mehreren Stellen zu bestimmen. Verbrauchsmessungen mittels der Gasglooke sollen nicht ausgefiihrt werden, wăhrend die Sonne auf die Glocke scheint. ·44. Die Gasuhr ist zu eiohen und nach der Wasserwage aufzustellen; sie ist so zu fiillen, da.B der Wasserstand der normalen Fiillung beim Eiohen entspricht. Zwisohen

12

Beurteilung von Kraftgas.

Gasuhr und Maschine ist ein Druckregler oder ein so groBer Saugraum einzuschalten, daB der Wasserstand an der Gasuhr bei den auftretenden Druckschwankungen nur leichte Zuckungen ausfiihrt. 45. In der Versuchsdauer angepaBten Zwischenrăumen sind abzulesen: die Stellung der Gasglocke an drei Stellen oder der Stand der Gasuhr; der Druck in der Glocke oder der Gasuhr; die Temperatur des Gases beim Eintritt und beim Austritt aus der Glocke oder dem Gasmesser und vor der Maschine; der Barometerstand. 46. Ist die Temperatur des Gases bei der Verbrauchsmessung verschieden von. derjenigen bei der Heizwertbestimmung, so ist bei der Umrechnung auch diejenige Vergro13erung des Volumens zu beriicksichti,gen, die durch den groBeren Feuchtigkeitsgehalt des Gases bei hoheret Temperatur bedingt ist. 47. Der Verbrauch an fliissigem Brennstoff ist durch Wăgung oder Rauimnessung festzustellen. Fiir die Bestimmung des Heizwertes, der Zusammimsetzung und des spezifischen Gewichtes des Brennstoffes geniigt da bei ei ne Durcbschnittsprobe. 48. Gleichzeitig mit den Messungen iiber den Brennstoffverbrauch von Verbrennungskraftmaschiilen ist der Verbrauch an Schmierol fiir ihre Arbeitszylinder zu bestimmen. 49. Soli bei doppeltwirkenden oder Tandem- oder Zwillingsmaschinen der Verbrauch bei niedrigeren Belastungen bestimmt werden, so darf da bei nicht etwa an einer · oder mehreren Zylinderse~ten der Gaszutritt abgesperrt werden, falls nicht andere Bestimmungen vereinb~rt und im Versuchsbericht erwăhnt werden, oder falls nicht der Regler selbsttătig die Absperrung besorgt.

Auf die von der Stahlwerkskommission des Vereins deutscher Eisen hiittenleute im ,Jahre 1914 mit Zustimmung der Mehrzahl der fUr den Gaserzeugerbau in Betracht kommenden Firmen aufgestellten Normen fUr die Versuche an Gaserzeugern sei verwiesen1 • Bezuglich der Untersuchung der Brennstoffe und der Gasanalyse wird auf die einschlăgigen Werke verwiesen2 • Zur Bestimmung des ~rennwertes der Gase hat Ferd. Fischer den Apparat Fig. 3 (1/5 nat. Gr.) benutzt. In dem HolzgefăBe B hangt das aus vernickeltem Kupfer hergestellte WassergefaB A. Der ebenfalls vernickelte Behalter O wird wasserdicht in den Ansatz v des W assergefaBes A eingesetzt. In die drei linsenformigen Erweiterungen sind am Rande ausgezackte Bleche n eingesetzt, .daruit die Verbrennungsproduktedie Metallflăchen moglichst beriibren und die Wărme an das W asser vollstăndig abgeben, bevor sie durch b entweichen. Die eine Halfte des zweiteiligen Deckels D tragt den Ansatz t fUr das ThermoFi!!. 3. Gaskalorimet er nach Fischer. meter und zwei Ansatze c fiir den Riihrer R . Stahl u. Eisen 1914, 236. Eine kurze Anleitung findet sich in Fischer: Taschenbuch fiir Feuerungstechniker (7. Aufl. 1913). 1

~

Beurteilung von Kraftgas.

Das Ganze ruht auf den drei FiiBen F. Der von dem Arm m und der Hillse f getragene Brenner E kann durch Anschlag a und einen Stift unter f leicht und sehr rasch in die gezeichnete Stellung gebracht werden. Damit die Flamme nicht zuriickschlăgt, ist in die Brennermiindung ein nach unten kegelformiges Nickeldrahtnetz eingesetzt; selbst sehr kleine Flammen brennen dann ruhig. AuBerdem kann man noch ein nach oben gewolbtes Drahtnetz (hier besser P1atin),aufsetzen. Durch den schrăgen Ansatz s wird die Luft zur lomchacht, Glanzkohle Uslar Leoben, Stiickkohle .

..

1 2

•.

1

Hl

N

1

o

1 1

AuflOO Atome C. kommen Atome

H

1

N

1

o

44,4 6,2 50,0 5,9 0,1

49,4 166,7 44,0 139,3

0,2

83,3 66,0

49,9 6,5 1,2 50,9 5,8 0,8 63,9 6,5 1,7

42,4 156,1 42,5 135,8 27,9 120,8

2,9 1,3 2,3

63,8 62,8 32,9

29,9 1 109,5 33,01107,4 19,8 89 6 23,4 85,5 85,3 18,~ 31,0 83,2 21,8 80,6

0,9 1,0 2,0 0,8 2,2 1,0

-

34,9 40,7 20,2 '25,0 18,2 37,0 22,5

64,2 60,9 73,8 70,0 75,6 63,0 72,5

5,9 5,5 5,6 5,0 5,4 4,4 4,9

-

0,6 0,8 1,6 0,7 1,6 0,8

,.Gliickauf", 1920, 685. Zeitschr. f. angew. Chemie. 1899, 130 u. 333; Fischers Jahresber. 1894, 9: 1899, 6.

Rohstoffe fiir die HerstellWJg von Kraftgas.

28 --

~

-

Prozentlsche Zusammensetzung

c

In

N

1

1

Auf 100 Atome C kommen Atome

o

Steinkohlen: Deister: Bantorf Ruhrkohlen: Sălzer und Neuack II desgl. Saarkohlen: Heinitz I Duttweiler . ' Săchsische Kohlen: Burgk (Plauensch.er Grund) I desgl. desgl. II Schlesien: Neurode. Waldenburg, NuLikohle Brandenburggrube{ Oberbank: bei Ruda · Unterbank Westfălische Kohlen: Hansa. Unser Fiitz desgl.

86,5 5,6 1,7 85,9 5,5 1,6 80,7 4,9 1,3

Anthrazite: Wales, Ponticats Giickelsberg, Sachsen Piesberger Forderkohlen .

2,9 93,0 3,2 0,9 86,3 2,8 0,03 10,9 2,3 95,3 1,.9 0,5

1

H

1

N

1

o

82,8 5,4 1,6

10,2

77,2

1,7

9,2

88,7 5,0 1,2' 87,4 4,8 1,7

5,1 6,1

66,7 64,7

1,1 1,7

4,4 5,2

85,1 5,6 1,2 84,9 5,3 0,6

8,1 9,2

78,3 73,9

1,2 0,6

7,3 8,1

73,4 4,3 0,2 87,0 4,9 0,5

22,1 7,6

69,4 67,2

0,3 05

22,5 66

82,7 85,0 82.6 840

11,~

75,5 67,5 71,6 73,9

0,8 1,1 1,0 0,7

10,2 9.0 10,4 '9,0

6,2 77,6 7,0 75,6 13,1 . 73,5

1,7 1,6 1,4

5.4 6,1 12,2

0,9 003 0,5

2,3 9,5 1,8

5,2 4,9 5,0 5,2

0,8 Il 1,0 0,7

1,0 11,4 10,1

40,6 38,4 23,8

Auf die alteren Analysen 1 sei verwiesen. Ulzer 2 fand fiir osterreichische Braunkohlen: Kohlenstoff . Wasserstoff . Sauerstoff + Stickstoff Schwefel Asche Wasser . . Brennwert

.WE

1

II

III

50,07 3,75 13,31 0,88 5,17 26,82 4735

38,85 2,69 14,37 0,33 5,93 37,83 3480

37,19 2,21 13,79 0,31 4,80 41,70 3309

IV 38,58 2,93 13,51 0,30 3,55 41,13 3407

V 35,36 2,60 14,98 0,34 569 41,03 3202

VI 35,05 2,44 15,11 0,34 7,24 39,82 3180

Einige Braunkohlen, besonders in Bosnien, enthalten bis 9% Schwefel 3 • Fiir hessische Braunkohlen fand Mohr 4 : 1 Fiseher: Die Brennstoffe Deutschlands und der iibrigen Lii.nder der Erde; Chemische Technologie der Brennstoffe, Bd. 1, S. 425, 438, 502 bis 531. 2 M. techn Gewerb , Wien 1906, 119. a. Fischers Jahresber. 1896, 7; 1900, 5. ' Wochenschr. f. Brauerei 1908, 449.

Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas.

BrennReinkohle Sauer· wert stolf, der Wasser Asche Stick· Kohlen-1 Wasser-1 Schwe- Roh· stolf stoft stolf fel kohle

Kohlen- Was· Schweserstoft fel stoft

Hirschberg .. 32,08 2,64 1,06 WilhelmshOh . 32,75 2,64 1,16 Gensungen. 32,66 2,88 1.82 Ibringhausen . 31.69 2,66 2,52 Brikett 48,03 4,41 3,63 " 31,09 2,91 2,04

"

29

12,17 11,11 11,00 8,38 13,20 8,67

"

46,20 5,85 6690 45,83 6,51 68,72 40,70 10,94 67,54 45,53 9,22 70,03 15,88 14,85 69,33 46,45 8,84 69,55

5,51• 5,53 5,95 5,87 6,37 6,50

2,21 2785 2,43 2785 3,77 2878 5,43 2758 5,2414533 4,55 2706

Nach Wei{J und Becker 1 zeigten Analysen rheinischer· Braunkohlen folgende Werte: Unionbriketts

%

Elemen taranalysen: 53 bis 56 4,5 3,9 " 20 22 " 0,6 0,3 " 0,5 0,3 " 13 16 3 " 6

o. H. 02.

N.

s .

H 20. Asche

Verkokungspro ben: Gasausbeute . . . . . . 1 42 bis 46 Fester Kohlenstoff (Koks ohne Asche) . . . . . 39 35 1

l

Heizwerte: Oberer Heizwert Unterer

"

. .

1

WE/kg

5000 bis 5200 4700 " 4900

Rhelnische Rohbraunkohle ')'o

25 bis 32 2,6 1,9 " 12 9 0,2 0,3 " 0,2 " • 0,3 62 50 3,5 1,8 " 20 bis 27 15

"

22

WE/kg

2300 bis 1800

"

3000 2500

Bei den zu den Humuskohlen (S. 26) zu rechnenden gewohnlichen Bra.unkohlen unterscheidet man je nach dem Zersetzungsgrad der Holzf}U bstanz in 1. Lignit, hellbraune faserige Braunkohle mit noch deutlicher Holzstruktur (Abarten: Nadelkohle, Bastkohle). 2. Gemeine Braunkohle mit undeutlich erkennbarer Holzstruktur und flachmuscheligem bis unebenem Bruch. 3. Erdige Braunkohle, braune, erdige Masse, teils in Stiicken, teils zerfallen. 4. Pechkohle, schwarz; fettglănzend, sprode, mit muscheligem Bruch. Zu den Faulschlammbildungen gehOrt die Blătterkohle (Dysodil, Stinkkohle) von gelber bis brauner Farbe, die lagenartig (schieferig) auftritt und 1

Stahl und Eisen, 1920, 1068.

Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas.

30

einen hoheren Bitumengehalt besitzt. Sonderarten: Papierkohle, Blattkohle. Von den wachsharzigen Bildungen tertiarer Pflanzen ist der Pyropissit zu nennen. Er stellt eine sehr harz- und wachsreiche Substanz von rotlicher oder gelblichweiBer Farbe dar, die in Sachsen mit Braunkohle vermengt gewonnen wird und als sog. Schwelkohle den Rohstoff fiir die MineralOlund Paraffingewinnung abgibt. ' · Griife 1 hat aus trockener Braunkohle das Bitumen mit Benzol, die Huminsaure mit Pyridin ausgezogen; die Kohle enthielt 17,8% Bitumen und 7,5% Huminsaure. Die Huminsaure enthielt 1,7% Schwefel. Schwelkohle enthalt nach HUbner 2 Verbindungen der allgemeinen Formei CnH2 nO, welche sich an der Bildung der Paraffine beteiligen. Nach Franz Fischer und W. Schneider wird die Ausbeute an Montanwachs l:ei der Extraktion mit Benzol durch Anwendung eines hohen Druckes we~entiich gesteigert3 • Da die Braunkohlengruben meist nur 15 bis 25% Stiickkohlen liefern, die Feinkohle aber nur fur die nachste Umgebung der Grube in Frage kommt, so mischte man schon von alters her, besonders. in der Provinz Sachsen,. einen Teil :!

1 Graf Bismarck FliizA.; 380m ilber Leitfliiz Bismarck.Gasflammenkoble 6,02 2,0362,09 32,89 2,14 65,37

In lufttrockner Kohle

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In Reinkohle

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1,060,78 8,59 -

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-10,849,247,18 7,33 1

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Zollverein : Gas~2,19 2,6368,85 28,96 2,58170,39 29,61 82,26 5.21 1,120,8815,81 86,33(,471,1810,92 6,10 4,90 5,03 rn..; kohle o-"

....

00~

Grube Anna bei 'ti~=' Alsdorf : Koks1,12 3,63179,26 19,63 3,67180,15 19,85 84,84 4,68 koble 1,2810,8313,62 89,081!.911,3410,87 3,80(,05 2,85 ~~ ..:z Neu- Laurweg Kohlscheid; 1,34 5,05,91,17 7,49 5,12 92,41 7,59;85,10 3,36 1,031,02 3,10 90,91!3,59:1,10,1,09 3,3112,05 2,16 A Anthrazit

....

.,

..

Ji""

Da die Zusammensetzung der Kohlen einer Grube, ja selbst desselben Flozes schwanken kann, wie Ferd. Fischer2 zeigte, so ist auch der Wert der Steinkoble sebr verschieden, indem der Brennwert zwischen ·· 6000 und 8000 WE schwankt. Als Anthrazite bezeichnet man tiefschwarze Steinkohlen, welcbe wegen des geringen Gehaltes an Wasserstoff mit sehr wenig leuchtender. kurzer Flamme brennen und nicht im Feuer erweichen; folgende Analysen als Beispiele : Anthrazite Piesberg·. Wales: Ponticats Timber Floz Jones & Co. Bohmen .

Kohlen- 1 WasserstolJ sto1f

1

Sticksto1f

75,41

1,51

0,42

91,16 93,00 91,44 88,90

3,11 3,08 3,46 2,91

0,91 0,54 0,21

1

Sauersto1f

1 Schwefel 1

1,82

4,14

2,74 1,67 2,58

0,86 0,68 0,79 1,49

1

2,10

Asche .

Wasser -

1

16,70

-

1,12 1,03 1,52 2,80

-

1,80

Der Schwefel ist in der Kohle teils in organischer Verbindung, teils als Sulfid (Schwefelkies), zu geringerem Teil als Sulfat vorhan~en. Analysen von Fischer 3 ergaben folgende Verteilung des Schwefels in Kohlen (wasserfrei): Hohenlohe 1 HardenOberberg Schlesien W estfalen

Kohlenstoff W asserstoff Stickstoff . Sauerstoff 1 2

3

79,94 4,23 1,39 11,11

81,47 4,57 1,50 7,90•

Journ. f. Gasbel. 1913, 537 u 557. Fischers Jahresber. 1894, 5. Fischers Jahresber. 1899, 13 bis 19.

Dorsfeld

Margarethe

1 Schilrbank 1

Antbratit Ludwlg

80,01 4,65 1,49 10,70

86,94 3,85 1,49 2,08

85,77 3,67 1,47 1,83

88,45 3,50 1,30 1,75

1 1

1

1

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1 12

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1 3 3 5 1 18

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1

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3,5 3 3 3 4 2,5 3

1;5 1,5 2 1 2 2,5 2,5 -

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...

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~

-

-

"l

.2l

3,18 4,60 3,86 3,42 4,50 3,4 2,5

4,5 7 5 6 6 4 2,5

$

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"l

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7

Kesselkohlen

Gaskohlen

1

1

-

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:\:

s

=

2,50 2,86 1,81 2,43 3,38 2,5 2,4

1 1,5 1 1 1 2,5

-

-

-

2

-

1

Stahl u. Eisen 1901, 1075. Stahl u. Eisen 1907, 358. Zeitschr. f. angew. Chemie 1899, 564; Fiaeher:· Die Brennstoffe Deutschlands, S. 92. Journ. f. Gasbel. 19~, 905; Fischers Jahresber. 1900, 8.

Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas.

37

Als Ursachen der Selbstentziindung werden angegeben: 12 Werke . 3 2 1 3 2 4 1

Nasse Kohlen. Staubf6rmige Kohlen. Staubfi:irmige und nasse Kohlen. Schwefelhaltige Kohlen. Nasse und schwefelhaltige Kohlen. DurcţJ. Entliiftungskanăle. Wărme Wărme

des Schornsteinkanales. der Dampfleitung.

Dennstedt 1 sieht den in den organischen Losungsmitteln unloslichen Bestandteil der Steinkohle als die eigentliche, wahrscheinlich aus der Zellulose des urspriinglichen Holzes entstandene Kohlensubstanz an; sie liefert durch weitere Oxydation die Humussăuren und bewirkt die Selbstentziindlichkeit. Sie enthălt vornehmlich die ungesăttigten Verbindungen. -. Nach- Potter2. verdankt die Kohlensăure in Steinkohlenlagern nicht einer Autooxydation der Kohles, sondern bakterieller Oxydation ihre Entstehung, da die Kohlensăurebildung durch alle das Leben der Bakterien begiinstigenden Umstănde erhoht, durch schădigende Einfliisse, Trockenheit, Behandlung mit Antisepticis, Einhalten von supravitalen Temperaturen geschădigt bzw. voll• kommen unterdriickt wird.' Potter will auf diese bakterielle Zersetzung den: Lagerungsverlust· und die Selbstentziindung · der Kohle zuriickfiihren, was bestritten werden muB. Nach den Untersuchungen von Ferd. Fischer 4 enthalten·die Steinkohlen groBere oder geringere Mengen ungesăttigter Verbind ungen, welche rasch Sauerstoff·aufnehmen, dadurch an Gewicht z\rnehmen, aher aP. Brenn• wert und Verkokbarkeit abnehmen. Je rascher diese Sauerstoffaufnahme erfolgt, um so mehr ist bei der Lagerung darauf zu achten, daB die entwickelte Wărme zweckentsprechehd abgefiihrt ~d, da mit steigender Temperatur die Geschwindigkeit der Oxydation wes'entlich zunimmt, die Gefahr der Selbstentziindung daher wăchst . . . .:. Eine zweite Reihe von Verbindungen nimmt Saue·rstoff auf unter Abspaltung von Kohlensăure und Wasser. Diese Oxydation, welche langsamer verlăuft als die vorige, · bewirkt Verminderung des Gewichtes und des Wertes der Kohle. Fiir die Selbstentziindung werden diese Bestandteile der Kohle viel weniger in Frage kommen als die ungesăttigten. - Je nach den gegenseitigen Mengenverhăltnissen dieser Ver• bindungen wird daher eine Kohle beim Lagern an der Luft an Gewicht z unehmen, unverandert bleiben oder an Gewicht a bnehmen~ immer aher wird sie mehr oder weniger an Wert verlieren.

Zur Entziindung der Kohlen ist bekanntlich erforderlich, daB sie in Gegenwart von Sauerstoff auf die Entziind ungstemperatur geZeitschr. f. angew. Chemie 1908, 1827; Fischers Jahresber. 1908, 18. Zeitschr. f. Bakt. 1908, 647. 3 C. Engler und J. Weipberg: Kritische 'Studien iiber die Vorgănge der Autoxydation (Bra.unschweig 1904}, S. 70. ' Zeitschr. f. angew. Chemie 1899, 564, 764 u. 787. 1 2

38

Rohstoffe fiir die Herste\lung von Kraftgas.

bracht werden. Wird daher durch Kohle so viei Luft geleitet, daB die bei der Oxydation freiwerdende Wărme abgefiihrt und so die Erwarmung der Kohle bis zur Entziindungstemperatur verhiitet wird, so wird eine solche Liiftung die Selbstentziindung verhiiten 1 • Wo dieses aher nicht z u verlassig geschehen kann, ist die kiinstliche Ventilation der gelagerten Kohlen immer bedenklich, weil oft die Selbstentziindung dadurch wesentlich begiinstigt wird. Jedenfalls wird dadurch der Lagerung~erlust vergro!3ert. Das sicherste Mittel wăre natiirlich die vollige AbschlieBung des Sauerstoffs. Diss & Go. empfahlen bereits Kohlen in zementierten Behaltern unter Wasser aufzubewahren. In Amerika und neuerdings auch in Deutschland will man groBe Kohlenvorrâte unter Wasser aufbewahren. Das Verfahren ist viel weniger bequem als die trockene Aufbewahrung, meist auch teurer; die Verwendung der n;tssen Kohlen ist in den meisten Făllen unvorteilhaft. - R. Forriere empfiehlt die Lagerung in mit Erde bedeckten Haufen 2 • Auf ein Preisausschreiben von Rademacher in Bremen 1890 liefen 29 Vorein liber Mittel zur Verhiitung der Selbstentziindung von Kohlenladungen auf Seeschiffen 3 • Zwei wollen im Laderaum des Schiffes ein Vakuum herstellen (was nicht ausfiihrbar ist), neun wollen die Kohlen durch tJberziige oder Bespritzen und Vermischen mit Lehm, Zement, Chlormagnesium, staubformigem· Kalkhydrat, Essigsăure, Salmiak, palmitinsaurer Tonerde, Carnallit und Eis vor Selbstentziindung schiitzen. Zwolf Vorschlăge wollen Dampf, Verbrennungsgase, Kohlensaure u. dgl. durch die Kohlen saugen oder hindurchtreiben, andere wollen Luft durch oder liber die Kohlen leiten, drei wollen fliissige Kohlensăure einfiihren. Keiner dieser Vorschlăge fand den Beifall der Kommission. Fliissige Kohlensaure zum Loschen von 1 Kohlenbrănden wurde schon vor etwa-30 Jahren im Bezirks-Verein deutscher Ingenieure in. Hannover besprochen, als Raydt seine ersten Mitteilungen liber fliissige Kohlensăure machte. Neuerdings wird sie besonders von Gario 4 und Heidepriem5 empfohlen. V. B. Lewes6 empfiehlt, kleine Zylinder mit fliissiger Kohlensiiure beim Verladen der Kohle mit einzulegen. An das Ventil wird ein mit einer Blei-Zinn-Wismut-Cadmium-Legierung verschlossener Ansatz angeschraubt. Bei steigender Temperatur in der Kohle schmilzt der VerschluB und die Kohlensaure tritt aus. Der Vorschlag ist also durchaus niqht neu und konnte hochstens fiir Schiffe in Frage ·kommen. Die Annahme von Herzfeld7, daB durch Einwirkung der Kohlensăure auf die Kohle Wărme­ entwicklung stattfinden konnte, ist irrtiimlich. schlăge

Vgl. Fischers Jahresber. 1909, 14, ferner Journ. f. Gasbel. 1920, 552. Journ. of Gas-Lighting 151 (1920). 30. 3 Marine-Rundschau 1903, 1248. 4 Zeitschr. d. Vereins d. deutsch. Zuckerind. 1905, 797. • Zeitschr. d. bayer. Revisionsvereins 1906, 67. s Engl. Mining Joum. 1906, 82, S. 65. 7 Zeitschr. d. Vereins d. deutsch. Zuckerind. 1905, 805 1

2

Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas.

39

Die Kohlen verhalten sich beim Lagem offenbar sehr verschieden. Es gibt Kohlen, welche sich an der Luft praktisch gar nicht verandem, welche daher ganz beliebig gelagert werden konnen, ohne nennenswerte Lagerungsverluste oder irgendwelohe Neigung zur Selbstentziindung zu zeigen. Andere Kohlen verandem sich langsam, andere schnell, manche so rasch, da.B sie nur mit gro.B~r Vorsicht gelagert werden kOnnen. Die Schiitthohe kann dahf)r sehr verschieden sein; manche Kohlen konnen ohne Nachteil 10 bis 15 m hoch aufgeschiittet werden, andere zeigen schon bei 2 m Neigung zur Selbsterhitzung. Unbekannte Kohlen sind daher besonders vorsichtig zu behandeln. Eine Kohle ist im allgemeinen mit Vorsicht zu behandeln, wenn nach 5 Minuten langem Schiitteln von 1 g der feingepulverten und in 20·ccm verdiinnter Salzsaure suspendierten Kohle mit 20 ccm einer Kaliumbromid und Kaliumbromat enthaltenden Losung kein Geruch nach freiem Brom mehr wahrzunehmen ist. Die Konzentration der letzteren an Kaliumbromid und Kaliumbromat wird so gewăhlt, da.B 1 ccm der Losung bei Zugabe zu der verdiinnten Saure nach der Reaktionsgleichung 5 KBr

+ KBr0 + 6 HCl 3

. 6 KCl

+ 6 Br + 3 H 0 2

0,04 g elementares Brom liefert 1 • - Hahermann2 bestătigt dies fiir Steinkohle, Doringa fiir Braunkohle.- Metţem"', Hart5 und Dennstedt 6 bestimmen statt dessen die Jodzahl. Kohlen sollten moglichst trocken, also unter Dach aufbewahrt werden 1 ; auch Năsse von unten ist. zu vermeiden. Holzteile miissen, soweit sie mit den Kohlen in Beriihrung kommen, durch Verputz oder Mauerwerk ge-. schiitzt werden. Liiftung der Kohlen ist bedenklich; bei Schiffen ist nur die Liiftung der Oberflăche des Kohlenlagers empfehlenswert, um Methan u. dgl. abzufiihren. Da Wărme die Sauerstoffaufnahme beschleunigt, so ist Erwărmung durch benachbarte F~uerungen, Dampfrohre u. dgl. zu.vermeiden. Nasse Kohlen sind erst in diinner Schicht auf den Kohlenha.ufen auszubreiten. Die Temperatur der Kohlenhaufen ist regelmă.Big zu bestimmen. In empirischer ·weise kann dieses .dadurch geschehen, da.B eine Eisenstange eirigetrieben und nach dem Herausziehen mit der Hand befiihlt wird. Besser ist es, ein gelochtes Eisenrohr einzutreiben und in dieses das Thermometer einzulassen; durch dasselbe Rohr konnen auch Gasproben zur Untersuchung genommen werden. Steigerung der Temperatur (und der Kohlensăure) mahnt zur Vorsicht; bei 80 bis 100° oder gar beim Eintritt eines Brande~ muB die Kohle '!tusgebreitet werden. Zeitschr. f. angew. Chemie 1899, 564, 764 u. 787; Fischers Jahresber. 1899, 17. Journ. f. Gasbel. 1906, 419. · 3 Fischers Jahresber. 1908, 13. ' Greifswalder Ztg. 1904, Nr. 202. 5 Chem.-Ztg. 1906, 1204 .. 6 Zeitschr. f. angew. Chemie 1908, 1000 u. 1827. 1 Fiichers Jahresber. 1909, 16. 1

·2

Rohstoffe fiir die Herstellung von Kraftgas.

40

Will man groBere Schiitthohen anwenden, so empfiehlt es sich, die Kohlen dadurch· kiihl zu halten, daB in 4 bis 6 ro Entfernung senkrechte Eisenrohre eingesetzt werderi, welche so auf einem bedeckten ~ale stehen, daB · die AuBenluft frei durchstreichen kann, ohne mit den Kohlen in Beriihrubg zu kommen, wie dieseş ahnlich schon mehrfach vorgeschlag{m wurde. Fiir. ganz groBe Vorrate waren u. U. aus Eisenplatten hergestellte Doppelwande in 5 bis 10 ro Entfernung zu empfehleil. Eine entsprechende Einrichtung beschreibt O. M eier 1 • · Durch die Luft in den Zwischenraumen Fig. 5. Kohlenspeicher mit Luftschi,chten. wird die Wărme abgeleitet und bei etwaigem Brande wird nur die Kohle einer Abteilung betroffen, welche leicht entfe111t werden kann (Fig. 5). Praktisch sind auch die aus Eisenbeton hergestellten Kohlenspeicher (Fig. 6 und 7) von Rank2. Auf die von der Bayerischen Landeskohlenstelle gegebenen Anleitungen fur die zweckmaBige Lagerung der Kohlen und das Verhalten bei Kohlenbrănden sei v'er' wiesen3.

.1

'

Mit Pech als Bindemittel Steinkohlenbrihergestellte vollstannach konnen ketts IV 'rl IV ~ tv . UJi.be .. ung Abkiihl diger F 1 : .- .• . "" " wer~ aufgeschichtet denklich Fig. 6 und 7. Kohlenspeicher aua Eisenbeton .nach Rank. den, eignen sich daher be· sonders fiir sog. "eisernen Bestand". Braunkohlenbriketts neigen zuweilen zur Selbstentziindung'. Hinrichsen und Taczak 5 kommen auf Grund von Versuchen zu dem Ergebnis, daB bei Anwendung gut abgekiihlter Briketts und bei Stapelung mit Luftschăchten bzw. Schiittung zu Haufen von nicht mehr als 4 m Hohe die Gefahr der Selbstentziindung von Briketts in ge.: schlossenen Răumen als nicht bestehend angesehen werden kann.

rv

1 2 3

4 6

Journ. f. Gasbel. 1908, 1068 Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1908, 726. Journ. f. Gasbel. 1920, 780 und Zeitschr. d. Bayer. Rev.-Ver. 1920, 164. Vgl. Fischers Jahresber. 1894, 15. Mitt. Materialpriifungsamt 1911, Heft 4, S. 220 u. Feuerungstechnik 2, 213.

Entgasung. WC!'den die S. 24 bis 33 besprochenen Brennstoffe unter AbschluB der Luft erhitzt, so werden sie entgast, der Rlickstand (Holz- und Torfkohle, Koks) wird bei ungeniigendem Luftzutritt vergast; bei geniigendem Luftzutritt werden die Brennstoffe verbrannt.

Holzentgasung. E. BiYrnstein 1 beobachtete beim Erhitzen von l kg Kiefernholz die erste Abspaltung von Gas (noch nicht.brennbar) bei 165°, von Wasser bei"l80°, von brennbarem Gase bei 280°, des ersten Tnrs gegen 390°, von Schwefelverbindungen bei etwa .280°. Auf je 1 kg Holz wurde im Durchschnitt aufgefangen: Waaaer ing

250 300 350 400

bis 250° 300° " 350.0 "· 400° " 450°

"

65 65,3 145,7 71,2 20,9

Teer ing

4,9 32,3 24 20,6.

Gase in 1

6,1 } 11,1 41 29,2 ·29,2•

Schweielverb. in g

1,3

Dem ăuBeren Ansehen nach waren die festen Riickstiinde in der Retorte nach der Erhitzung: auf 250° nur iiuBerlich etwas stiirker gelb gefiirbt, auf dem Bruche unveriindert, langsplitterig brechend; bis 300° hellbraun, auf dem Bruche etwas blasser, kurzsplitterig bnchend; bis 350° dunkelbraun, kurz abbrechend; bis 400° braunschwarz, leicht brockelig, pulvernd; bis 450° tiefschwarze, schreibende Kohle .. Die · Zusammensetzung der asche- und wasserfreien Substanzen war: ursprUnglich. bis 250° erh. bia 300° erh. bis aso• erh. bls 400° erh. bis ·45o• erh. KohlJ,lnstoff Wasserstoff Stickstoff Sauerstoff Schwefel Feuchtigkeit

5(\42 6,70 0,65 42,15 0,08 3,21

52,08 6,42 (),27 41,23

56,35 5,82 . 0,39 37,44

66,70 5,75 0,28 27,27

71,15 4,59 0,44 17,82

92,13 3,88 0,39 3,60

6,92

4,32

2,79

2,84

3,06

Besser vergleichbare Zahlen flir die relative Menge der einzelnen Eleme:p.te ergeben sich nach BiYrnstein, weim man, einem urspriinglich fiir Steinkohlen 1

Journ. f. Gasbel. 1906. 648.

Entgasung.

42

gemachten Vorschlage F. Fischers 1 folgend, Atomgewichte statt der Prozentzahlen zugrunde legt und alles auf 100 Atome Kohlenstoff verrechnet (vgl. S. 27). Dann findet man auf je 100 Atome Kohlenstoff: ursprUnglich bis 250° erh. bis 300° erh. bis 350° erlio bis 400° erho bis 450° erho 50,4 71,4 103,4 123,9 Atome Wasserstoff 159,5 147,9 0,4 0,5 0,4 0,6 0,4 Stickstoff 1,1 2,9 17,3 30,7 'Sauerstoff 62,8 39,4 49,8

Wenn man dagegen von den Durchschnittszahlen iiir die Gewichte der fliichtigen Bestandteile ausgeht und die Zusammensetzung der Kesselri.ickstănde auf je 100 Teile urspri.inglich vqrhandenen wasser- und aschefreien Holzes bezieht, ergeben sich als fli.ichtige bzw. bestăndige Anteile der einzelnen Elemente folgende' Zahlen: bis zso• erh. .!;!>

~

.g

~

Kohlenstoff WMserstoff Stickstoff Sauerstoff

0,8 0,6 0,4' 2,9

0!;!1

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bis aooo erho ~

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.

""

49,6 6,1 0,3 39,3

1,3 1,6 0,3 9,6

"'"'

~

.!;!>

b1s 350° erho

.

~

.

~

49,1 5,1 0,3 32,6

9,2 3,1 0,5 25,3

41,3 ':1,6 0,2 16,8

14,0 4,5 0,4 33,8

"'

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.

bia 400° erho

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ll"' 36,4 2,2 0,2 8,4

bia 450° erh.

0!;!1

0!;!1 ..,

"'= ..,

.c

·="

Il

~

,Q

14,2 5,2 0,5 40,8

36,2 1,5 0,2 1,4

100 g Teerwasser enthieiten bis 250° 1,4 g Essigsăure, 250 bis 300° 5,1 g, 300 bis 350° 10,4 g, .350 bis 400° 7,7 g und 400 bis 450° 2,3 g. Zwischen 300 und 400° wird also die meiste Essigsăure gebildet. Die entwejchenden Gase enthielten: bis 400° 55,0 1,5 32,6 3,0 7,9

Aufgefangen bei 300 bis 350° Kohlensaure . . . . . o . . 53,5 Schwere Kohlenwasserstoffe . 0,2 Kohlenoxyd . 27,7 Wasserstoff 3,7 Methan . . . 14,9

350°

400

bis 450° erho 28,0 5,0 29,0 17,3 20,6

Eo Juon 2 untersuchte die Gase. aus einer Holzentgasungsretorte:

_~~~g_s~~i~- __ Te~=st~n ~·J· l_

Gegen Ende der Wasserdampf-Entwicklung . . . ,o . . . . . . . Bei Beginn der eigentlichen Verkohlung . . . . . . . . . . . Mitten in der ersten Verkohlungsperiode . . . . . . . . . . . Gegen.Ende der ersten Verkohlungso periode . . . . . . o o o . . Beginn des zweiten Stadiums oder Verkohlung . o . . o o o o . . 1 2

1

CO

1

H

1 CH4

1

N

Sehr wenig unkondensierbares Gas 170 bis 200° 68,3 29,6 Spur 1,1 1,0

200 " 300°

65,3

30,5

"

3,9

300 " 370°

67,4

30,0

0,3

2,3

350 " 390°

43,4

26,7

2,8

26,2

gegen 390°

30,8

14,4

8,7

46,0

0,1

Zeitschr. f. angew. Chemie 18\!4, 605. Stahl u. Eisen 1904, 1231; 1907, 771; Fischers Jahresber. 1904, 9; 1907, 12.

Entgasung.

43

Weitere Untersuchungen bei Holzverkohl ung ergaben: Temperatur . . . . . 0 l50bis200'200bis280 280brs&80' 380bis500\'500bis700 1 Kohlenstoff in der 89,0 84,0 78,0 · 68,0 60,0 Kohle . . . . . . 12,2 31,5 35,5 66,5 68,0 " :li ~ 'E lKohlensăure 24,5 12,3 20,5 30,0 30,5 ·~ ~ ~ ~ ~ Kohlenoxyd 42,7 7,5 0,5 0,2 'â 'il ~ ~ § Wasserstoff 0,0 ~ ~ ~ ~ Kohlen .. waaserstoff :o ~ ~ ,g. 2,0 3,3 20,4 36,5 i 48,7 WasserGroBe Essig· dto. dampf Kondensierbare Waasersăure, 1 Mengen und dampf Holzgeist schwerer (paraffinBestandteile des Gaaes 1 Essigu. leichte dickfliissi- haltig) .__Teere ger Teere săure ·-.----' ._ Sehr wenig Gas: Be- GroBe Gasvolumina. Spărliche Gaa Bemerkungen Gas brennt mit deutende. Gew10htsmengen abnahme 1m verkohl-~ weiBer Flamme 1 baren Material ~

111

~

700bis900 91,0 0,4 9,6 80,7

f ~ von

1

Kakanj Zenica Breza

~-ri

..!.

o;~

.......

1 - 61,1 64,1 62,3 63,2

22,9 22,7 20,3 21,9 20,6

8,4 11,0 10,1 9,5 9,5

1,6 1,4 1,3 2,2 2,2

Gas

Kolts

Nr.

4,6 3,8 4,2 4,1 4,5

64,9 70,4 73,3 75,9

6 7 8 9

22,1 18,3 18,6 16,9

Teer

7,7 6,9 2,5 2,9

Pech Verlust

2,0 1,8 1,7 1,3

3,3 2,6 3,9 3,0

Untersuchung von Gaskohlen durch die Lehr- und V\ersuchsanstalt des Vereins von Gas- und Wasserfachmănnern 1 • Von den ausgefiihrten Analysen mogen hier nur die von Ruhrkohlen angefiihrt werden:

1Asche Dalbusch . Ewald Fortsetzung II Konigin Elisabeth . Rheinbabenschii.chte Zollverein. Schlii.gel und Eisen Konigsgrube· Prosper. Graf Moltke Rheinelbe und Alma . Graf Bismarck . Nordstern • • Mont Cenis . Matthias Stinnes Unser Fritz . Ewald

1

12,031 9,90 10,49 14,14 10,64 9,12 12,97 12,53 11,70 8,75 11,07 8,23 11,66 6,61 10,36 13,86

Wasser

1,16 1,30 2,02 1,65 1,90 1,44 1,90 1,78 1,90 1,87 1,73 2,53 2,13 2,16 2,59 2,06

1

1

1

·x

c 74,31 76,29 76,36 70,34 74,44 77,19 71,78 72,00 71,39 76,13 73,80 75,82 71,72 77,76 72,72 69,93

4,50 4,60 4,21 4,76 4,50 4,75 4,36 4,45, 4,46 4,54 4,51 4,57 4,87 4,93 4,47 4,36

o.

1

5,34 1 1,68 4,88 1,63 4,66 . 1,46 6,06 1,42 6,12 1,34 4,78 1,66 1,64 6,40 6,56 1,57 1,35 6,05 6,31 1 1,44 1,40 6,29 1,20 6,24 6,74 1,28 Ş.,59 1,32 6,90 1,33 7,62 1,03

Die Gasausbeute steigt mit der Ofentemperatur:

Die

1100° 1140° 1180° 1220° 1250°

Gaszusamn;~.ensetzung Gaszusammensetzung

co.

CnHm

02

co

Ha CH, Nt

1

1

1

0,98 1,40 0,80 1,63 1,06 1,06 0,95 1,ll 3,15 0,96 1,20 1,41 1,60 1,63 1,63 1,14

Gasausbeute bei o•, '160 mm trocken aus 100 kg Rohkohle ans 100 kg Reiukohle

Ofentemperatur

unter 1100 bis 1140 " 1180 " 1220 "

8

N

war:

1050°

2,7 4,2 0,4 9,5 49,8 29,7 3,7

Journ. f. Gasbel. 1909, 72.5.

cbm

cbm

26,81} 28,80 3{),70 32,23 33,26

31,0 33,2 35,4 37,2 38,4

Ofentemperatlir

nso• 2,6 3,7 0,9 9,4 50,6 29,6 3,2

1~50°

2,4 3,7 0,6 10,2 52,8 28,9 1.4

Heiz-·

1 wert.

7059 7286 7222 6888 7094 7419 6842 6827 6865 7313 7008 7176 6903 7404 6923 6626

62

Entgasung.

Gasproduktion (0°, 760 mm) auf 100 kg Kohlen fUr jedc Viertelstunde:

15

!~

60

>lin.)

""

l

Ofentemperatur

Zeit

1070°

1. Std.

"

0,82Ş l ~:!!

1,45

1170°

l

4,97 cbm

1,430 2,145

1,4,

45

"

60

"

1,45

1,788 1,788

""

3. Std.

1,451

1,7881 1,788

""

4. Std.

15

!~

60

15

!~

60

15

30 45 60

Min.l

~:!~

1,24

"

>tin.) Min.l " ~ Std ;).

" 5 Std.

1,U

~:;:

5,80 cbm

l

5,59 cbm

4,75 cbm

1,025

"

"

~:!~

1,025)

.

1,025 0,825 3,70 cbm 0,825 24,81 cbm

2,695 2;885 2,695

2 , 14.') 8,040 cbm 2,320

Min.l 2. Std. 30 " 15

1245 °

2,695)10,970 nbm

2,1451 1,967 7

2,695)10,780 nbin 2,695 2,695 2,695

,668 cbm

2,120 1,925 1

1, 788 6,974 cbm 1,610

1,430 1,430

1,252 1,072

1,730 1,540

l 5,184 cbm

1,155) 0,575 0,575 0,575

7,315 cbm

2,880 cbm

0,575)1,15lobm

0,8941 0,715 0, 536 2,502 cbm 0,357 30,368 cbm

0,192 0,192 0,192

33,096 cbm

Schwefelwasserstoff in Vol.-% des Rohgases: Zeit Std. · Min.

1050°

Ofentemperatur 1165 o

1250'0

15

1,43

1,52

1,39

45

1,52

1,25

1,19

1

15

1,06

1,10

0,79

1

45

1,01

0,93

0,72

2

15

0,71

0,49

2

45

0,77

0,62

0,49

u~~~~~+-+-+-+-+-+-+-+-+-~

3

15

0,72

0,49

0,47

3

45

0,58

0,49

0,43

4

15

0,37

0,37

0,35

4

45

0,25

0,23

0,17

Prozentische Verteilung des Heizwertes der Kohle (Fig. 8). Fig. 8. Warmeverteilung in den Entgasungsprodukteu von Ruhrkohlen.

63

Entgasung.

Bei weiteren Probevergasungen .der Lehr- und Versuchs-Gasanstalt in Karlsruhe wurden unter verschiedenen Temperaturen folgende Ergebnisse erzielt: •Ofen, temperatur o

c

. unterer 100 kg Stein· 1 M•ttlerer ausGasausbeute Heizwert kohle o• 760 mm O" 760 mm trocken f cbm

29,5 30,8 33,0 35,8 37,2

1150 1175 1200 1250 1280

Sehwefelgehalt des ll.ohgases g

528,0

5600 5300

643,5

4940 4700

1071,0

Die Gasausbeute steigt demnach mit der Temperatur an, wăhrend allerdings der Heizwert des Gases infolge Abnehmens der heizkrăftigen Kohlenwasserstoffe zuriickgeht. Der Koks năhert sich, vom Aschengehalt abgesehen, um so mehr dem reinen Kohlenstoff, je hoher die Temperatur und. die Dimer der Entgasung war. Immerhin verbleiben auch bei der im Koksofen herrschenden Hitze noch geringe Mengen der gasformigen Bestandteile, nămlich Wasserstoff und Sauerstoff, daneben ein gi:oBerer Anteil des urspriinglich vorhandenen Stickstoffs und Schwefels, im Koks zuriick. Den EinfluB der Temperatur auf die Ergebnisse der trockenen Destillation zeigen die folgenden an kontinuierlich arbeitenden EntgasungsOfen (Bauart Glover- WMt) von John West 1 ermittelten Zahlen: I. Il. i Versuch 'mit minderwer· Kohle tiger, aschenreicher Kohle Versuch mit guter

ViertAgiger Versuch Hohe Tempera tur

1400° Ofentemperatur • 43,1 t Entgaste Kohle . 13 860 cbm Gas erzeugt 322 Gas auf 1 t Kohle 11451 " Teer erzeugt • 27 1 Teer auf 1 t Koh1e l Heizwert des Gases,l5°, 760mm 3945WE

Niedere Temperatur

Zweităgiger

Hohe Temperatur

Versuch

"III. Versuch mit guter Kohle ohne uild mit Dampb;usa.tz;

Zweitllgiger Versuch

Hohe Temperaturen lllittlere Tempera tur ohne Dampf 1 mit Dampf

1400° 1 1387° 1404° 1160° 978° 31,93 t 34,3 t 17,7 t 33,08 t 12,97 t 2540 cbm 13 360 cbm 6640 cbm 13000 cbm 14 840 cbm. 464 375 390 389 204 28801 " 20111 " 13141 " 25001 6301 " 901 _59 1 741 75,61 491

..

4343WE

5145 WE

4654 WE

4745WE

4490WE

Die' Gasausbeute aus 1 t Kohle war also bei 1400° um etW1l. 50% hoher als bei 978°. Die Teerausbeute war bei der niederen Temperatur betrachtlich hOher. Hingegen ist die Tagesleistung des Ofens hinsichtlich der. Gasausbeute bei der hoheren Temperatur fiinfmal groBer. Die in Leuchtgasanstalteri . und in Kokereien als Nebenerzeugnis gewonnenen Teere ("Gasteer" und "Kokereiteer") bezeichnet man jetzt auch_ 1

Joum. f. Gasbe1. 1917, Nr. 42.

64

Entgasung.

als Hochtemperatur- oder Normalteer. Sie bilden ein wichtiges Ausgangsprodukt, insbesondere fiir die Industrie der Farbstoffe. Das Ausbringen an Kokereiteer betrăgt etwa 2 bis 4%, an Gasteer etwa 5 bis 5 1 / 2%. Nach Ost 1 enthalten von den wertvollen Bestandteilen etwa :

Leichtbenzol . Schwerbenzol Carbolsaure, rein Naphthalin, rein Anthracen, rein Pyridinbasen . Impragniertile Pech Kohlenstoff im Pech

Gasteer %

Kokereiteer %

1,5-2 0,5-1 0,5-1 4-6 0,5 0,25 20 50-60 20

0,1-0,5 0,5-1 0,5-1 6-9 0,5-1 0,25 20 58 10

Entgasung bei tiefen Temperaturen (Urteergewinnung). Da13 die durch trockene Destillation der Kohle. bei hohen und niedrigen Temperaturen sich ergebenden Produkte, insbesondere die teerigen Bestandteile, sehr verschieden sind, ist seit langem bekannt2; jedoch erst in neuerer Zeit hat man sich eingehender mit der Tieftemperaturverkokung befa13t. Die erste gri:i.Bere Arbeit wurde von E. Bornstein ausgefiihrts. Uber die von ihm mit Holz, Torf und Braunkohle erzielten Versuchsergebnisse ist bereits .vor•stehend ·berichtet (S. 41, 47 u. f.)~ Seine Untersuchungen erstreckten sich weiter auf folgende Steinkohlen: Oberschlesische: l. Fettflammkohle der Hohenzollerngrube; Niederschlesische: 2. Gaskohle der Gliickhilfsgrube; Rheinisch-westfalische: 3. Gaskohle der Zeche Zollverein I/II, 4. Gasflammkohle der Zeche Bismarck, 5. Fettflammkohle der Gewerkschaft General Blumenthal I/II, 6. Flammkohle vom Schatfut Heinrich der Bergbaugesellschaft Keu-Essen, 7. Fettkohle der Zeche Shamrock Ifll, 8. EBkohle der Zeche Altendorf.

Diese Kohlen hatten die folgende Zusammensetzung: Kohlenstoff W a8serstoff Stickstoff .

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

. 77,14 4,45 1,08

82,76 5,11 0,77

83,38 4,72 1,06

82,07 4,29 0,95

82,13 4,95 0,84

71;65 4,38 0,61

84,39 4,94 0,90

85,55 4,28 0,91

Ost: Chemische Technologie, 7. Aufl., 1911, S. 341. Vgl. die Literatur hieriiber in Abhandl. des Kaiser-Wilhelm-Instituts f. Kohlenforschung in Miilheim 1, 92. 8 Journ. f. Gasbel. 1906, 627, 648 u. 667. 1

2

Entgasung. Sauerstoff . Schwefel Wasser Asche

65

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

11,66 0,91 2,85 1,91

5,32 1,49 0,89 3,66

7,78 1,04 1,05 0,97

7,85 1,50 1,36 1,89

5,95 1,58 0,77 3,78

8,32 1,50 1,32 12,22

4,62 1,02 0,66 '3,47

8.

2,92 2,19 0,61 3,54

Beim Erhitzen wurde auf je 1 kg der Kohlen im Durchschnitt erhalten: Wasser g

69.4 23,4 43,0 47,8 31,8 43,8 16,9 14,7

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Die

Riickstănde

Teer

Gase

g

l

81,9 60,4 75,3 95,8 49,3 52,3 29,8 9,0

28;6 30,5 23,4 17,6 14,4 13,1 16,7 8,2

Schwefelverb. fester R iickstand g

g

1,64 2,5 2,0 3,7 1,4 1,9 0,4 0,1

828,5 878,9 842,8 815,8 914,5 875,0 929,0 959,5

in der Retorte erschienen bei Kohle:

schwach rissig una zerbrechlich; stark poros und aufgeblaht, leicht zerreiblich; stark rissig und sehr zerbrechlich, unter teilweiser Schmelzung geblaht; schwach koksartig aufgeblaht, zerreiblich; auBerlich koksartig geblaht, sehr weich und zerreiblich; stark aufgeblaht und leicht zerbrechlich, dazwischen harte braune Stiicke, die · sich auch aus dem urspriinglichen Material deutlich abheben; 7. stark schaumig aufgeblaht, das Innere der Retorte ganz erfiillend; 8. brockelig, schichtweise schwach geblaht.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Die spezifischen Gewichte der Kohlen waren: urspriinglich . auf 450° erhitzt

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

1,32 1,34

1,21 1,35

1,29 1,33

1,30 1,37

1,35 1,38

1,39 1,43

1,34 1,37

Nach der Muckschen Tiegelprobe fand sich in den Kohlen (ohne Reduktion wegen des Aschengehalts) ein Koksgehalt von: 1.

2.

3,

4.

5.

6,

62,43

70,77

67,37

63,49

71,40

66,79

7.

8.

77,00

83,09%

23,00

16,91%

also ein Gehalt an fliichtigen Bestandteilen von: 37,57

29,23

32,63

36,51

28,60

30,21

N ach der oben gegebenen Zahlentafel verfliichtigen sich bis 450°: 17,15

12,11

15,72

18,42

8,55

12,50

7,10

4,05%,

d. h. der Prozentsatz des bis 450° abtreibbaren Anteils von den bei der Tiegelprobe sich verfliichtigenden Mengen berechnet sich fiir die verschiedenen Kohlen zu : 45,65 ]rticklig 0,6 cordia, Fltiz ' . Katharina

1

1

1

2

Hk aklbo saus-

an·

~~=!"'==!==.\.==

1 1

1

1

Ausbeute u te o/. er

1

25 30

-

-

-

-

3,1

2

-

1

1 1

-

-

-

-

1

i Siehe FuBnote S. 74.

1

2

1,4

3,5

2,4

-

-

-

-

1

-

-

1 1

1

-

Entgasung.

77

4. Fettkohle.

Roble erhalten von

Nr.

1

B~

KoksAuBere 105° Ascbe· aus- Re in· abgebeute ko}(s Eigenscbaften gehalt ĂuBere bei der des der in% in% Eigenscbaften gebene Tiegelprobe der Feuch· Kohle der der Kohle erhaltenen tigkeit Ro!l· Rein· Kokses kohle ko!lle % % 1

p

1 Zeche Rhein- Glanzend, 1 0,7 preuBen,Floz leicht mit der Rottgers-j Hand zerreiblich bank

0,6

0,8

1,1

2 Zeche Rhein- Glanzend, preuBen, sehr._ brocklig Floz·vrr

1 1 1

79,4179,8

4 Zeche Oster- Glănzend feld (Gute- und recht brocklig hoffnungshiitte), FlOz , Albert

3,6 5,4

80 80,5

3,6 3,7

83 83

1,4

95

1

Desgl.

79,4 79,6

1,6

0,7

3,5 3,6

1

i

1 1 1

1

1

1

5 Zeche Con- 1' Stark .glăncordiai Floz zend und nttlrbe Sonnenschein

',

1

1

1

1

Ausseben des Halbkoksel\

1

i Spez. Gewicht des Urteers

1

1 bei 21i 0

Zu schaumigen Krusten verbacken

3 Zu Kugeln · gebacken

84,8 85,3

0,8 i 1

1

1 bei 50°

-

1,4

Desgl.

-

-

-

Gesa.mtmenge des bei Pbenol· der Ver· gebalt kokunger· baltenen Wassers % %

Bei der 1 VerMenge kokung brennentbares Gas standenes Wasser inLitern'

%

i 2,8 3,5 -

Summa: Teer + Koks + Wasser

Gns und Ver· Iust

in%

in%

6

1,000 1,040

1,015 1,010

25 35

1,090 1,070

1,068 1,055

2~30

3

-

2,2

-

750 650

92,8

2~30

0,980 1,043

(),962 1,024

2~25

4

1,9

640

87,5

12,5

600 580

88,3

11,7 -

260

96,4

1,040 1,040

1,015 15-20 1,020 15-20

5 Zu Krusten verbacken

1,040

1,020

-

Siehe Fuf3note S. 74.

1

-

o

-

650 705

1

-

2~25

LockerzuKugeln verbacken

1

86 85,5

1

1

4

3,9 3,9

74,5 i 74,5 Vollig· ver- 3,5 schmolzen 5,2 i und geblăht

2,1

0,8

1

2

87 83

1 1

falen(Ahlen), mit der Hand zerbrechlich FlOzC

1

3,5 5,4

1

3 Zeche West-1 Glanzend,

Nr.

1

1

1 Halb-

koksaus· beute in% der Rob-~ Rein· Rob· koble koble koble

3,5 Vi\llig • .,. 5,3 schntolzen, sehr stark geblaht · 3,8 1 3,8

77,3177,7

1 1

•

Ausbeute an Urteer in% bezogen aut

2,1

2,8 1

1

1

-

-

-

1

-

1 1 1

-

1

94

-

-

-

-

7,2

-

3,6

-

78

Entgasung. 5. Magerkohle. Bis

Ascbe· abge- gebalt Aul.lere Eigenscbaften gebene der der Kohle Feucb-~ Kohle tigkeit 105°

Koble erbalten von

Nr.

%

%

0,8

4,6

Koks· . aus- Rembeute koks in% In% der der Rob- Reinkohle j koble

1

Zeche Glănzend, Roland, Floz mitderHand Geitling zerbrechlich 2 Desgl., Glănzend Floz und leicht Mausegatt mitderHand zerreiblich 1

1

1,1

-

88,3

1

Halb· koks· ausbeute in% der Robkoble

Ausbeute AuBere an Urteer Eigenscbaft en in% des bei der bezogen Tiegelprobe auf erbaltenen Kokses 1 Rob-~ Reinkohle kohle

{ N;oht go-

1

backen, nur, teilweise locker zusammen-

-

o

90 1

1

-

o

1

96

1

1

i

hăngend

1 1

1 Gesamt-1 . Be1 der menge Menge des bei VerbrennSpez. Gewicht Pbenol- der Ver- kokung bares des Urteers entgehalt kokunger· Gas haltenen standenes Wassers Wasser bej 2;; • ' bei 50° inLitern•l % % %

Ausseben des. Halbkokses

Nr.

·o,8

85,81

i

Summa: Teer + Koks + Wa.sser in

estillation mit nassem Wasserdampf von den leichtfliichtigen Bestandteilen befreit, der Destillationsriickstand wird durch 'Vermischen mit. dem dreifachen Volumen leichtfliichtigen Petrolathers (o bere Siedegrenze 100°) von den Asphaltstoffen befreit: die viskosen Ole gehen in den Petrolather iiber, wahrend sich die Asphalttropfchen abscheiden, beim Stehenlassen iiber Nacht zu einer harzartigen, aber fliissigen Masse zusammenklumpen und nach dem AbgieBen der petrolatherischen Losung zuriickbleiben; durch nochmaliges Ausschiitteln der Asphaltstoffe mit Petrolather werden noch weitere Mengen Ole in Losung gebracht, so daB also die Werte fiir die Ausbeute an viskosen Olen stets etwas zu niedrig ausfallen diirften. Die so erhaltene Losung der viskosen Ole wird durch Ausschiitteln mit Alkali, Wasser, verdiinnter Schwefelsaure und Wasser von den sauren und basischen Beimengungen getrennt und der Petrolather wird verjagt: es hinterbleibt eine salbige Substanz, die in der Kalte wohlausgebildete Paraffinschuppen ausscheidet; zur Abscheidung des Pa;raffins wird mit dem fiinffachen Volumen Azeton versetzt, das Paraffin bei -20° ausgefroren und durch rasches Absaugen abgetrennt; auf der Nutsche hinterbleibt eine hellbraune Masse, die mit Azeton nachgespiilt wird; na{)h dem Schmelzen wird das Rohparaffin als dunkelbraune Masse erhalten. - Das Azeton wird auf dem Wasserbad und im Vakuum entfernt, und es hinterbleibt ein dunkelbraunes, schwach fluoreszierendes, dickfliissiges 01, der Ausgangsstoff fiir viskose Schmiermittel. Vorschlage zur Normung der Kohle- und Teeruntersuchungen ma(lhte Fr. Landsbergl, Franz Fischer und Hans Schrader haben vor kurzem einen leicht zu handhabenden·Aluminiumschwelapparat zur Bestimmung von Urteer herausgebracht2, 1 2

Stahl u. Eisen 1920, 982. Brennstoff-Chemie 1, 87 und Zeitschr. f. angew. Chem. 33 (1920). 172.

Vergasung. Fiir die Vergasung des Kohlenstoffes durch Sauerstoff, Kohlensăure und Wasser kommen zunachst folgende Reaktionen in Frage : Warme im Feuerraum

Reaktion

l. c + 02 = 002 2. C+O=CO 3. c + co2 = 2 co . 4. C + 2 H 20 = C0 2 + 2 H 2 . 5. C + H 20 = CO + H 2 • • •

Brennwert des erhaltenen Gases

976hWE 294 " -388 " 1 -188 " 2 -288 "

OhWE 682 " 1364 " 1164 " 1261 "

Demnach wird bei der Vergasung des Kohlenştoffes nur durch freien Sauerstoff Wărme entwickelt, wăhrend bei gebundenem Sauerstoff Wărme gebunden wird. 12 kg Kohlenstoff geben mit 32 kg oder 22,2 cbm Sauerstoff 44 kg oder 22,2 cbm Kohlensăure unter Entwicklung von 976 h WE. (Vgl. S. 20.) Die Wărmetonung ăndert sich allerdings nach Kirchhoff mit der Temperatur. Die Anderung hăngt ab von den spezifischen Wărmen der beim Umsatz verschwindenden und entstehenden Stoffe; fiir vorliegenden Zweck kann diese vernachlăssigt .werden. Ob beim Verbrennen von Kohlenstoff oxyd oder Kohlensăure entsteht, ist eine H. B. Bakers, H. B. Dixon4, H. H. Strache7 u. a. behaupten, Kohlenstoff welches dann erst zu Dioxyd verbrennt:

in Sauerstoff unmittelbar KohlenStreitfrage. v. Juptners, H. E. Armstrong 6 , verbrenne zunăchst zu Monoxyd,

2 co

+ o,_

2 C0 2

•

1 Zur Zersetzung von C0 2 sind 976 h WE erforderlich, bei der Bildung von 2 CO werden 588 h WE frei, somit 388 h WE gebunden. 2 Zur Zersetzung von 2 H 20 (als Wasserdampf von 20°) sind l1.64 h WE erforderlich, bei der Bildung von C0 2 werden 976 hWE frei, folglich - 188 h WE. 3 Journ. Chem. Soc. (1885) 45, 349. 4 Journ. Chem. Soc. (1896) 119, 759; Chem.-Ztg. 1899, 433 . •0 H. t•. Juptner: Beitrăge zur Theorie des Generator- und des Wassergases (Stuttgart 1904) S. 27. 6 Journ. Soc. Chem. Ind. 1905, 473. 7 Journ. f. Gasbel. 1903, 434.

81

Vergasung.

Rhead und Wheeler 1 schlie.Ben aus Versuchen, die bei 250 bis 500° angestellt worden waren, da.B au.ch bei niedrigen Temperaturen gewisse Mengen von Kohlenoxyd neben Kohlensaure primar gebildet werden. Wird Holz kohle i m Sa uerstoff erwarmt, so beginnt nach O. Monville2 die Bildung von Kohlensaure bei 85°, die Entziindung bei 349°. Kohle im Sauerstoff erwărmt, gibt nach Langs bei 500° Kohlensăure, nur bei ortlich hoherer Erhitzung auch Kohlenoxyd. Mit steigender Temperatur nimmt der Gehalt an Kohlenoxyd zu. Naumann und Ernst' leiteten iiber Koks, welcher in einem Porzellanrohre erhitzt wurde, Luft; die Tempera tur wurde mit dem thermoelektrischen Pyrometer von Le Chatelier bestimmt. Analysen der Gaspro ben "ergab::m : --------

~---

Lltnge der Xolllenschicht cm

In 1 Minute aufgefangene Stickstolfmenge ccm

17 10

19,9 6,1 2,5 17,9 35,8 8,9 10,8 24,5 1,2 2,2

11

33 44 10 11 11 11 11

--~---~--------1

Temperatur

--------

Gasanalysen in Volumprooonten

1-~-----~-. 1

375° 495 675 700 750 800 875 900 950 1000

-

1

co.

0,5 19 19,8 19,3 19,4 17,9 Il

10,1 0,6

o

1

o

co

1

o

20

o o

1,6 1,1 2,5 2,7 5,9

0,3

o o o o o o

14~7

15,8 31,5 .34,2

Als statt Luft Kohlensaure eingeleitet Wlirde, bestand das austretende Gas bei 850° aus 60,9% 00 2 und 38,9% 00, bei 1060° aus 2,1% 00 2 und 97,9%00. Hempel 5 versuchte die Verwcndung von sauerstoffreicher Luft, sog. Linde-Luft (50% Sauerstoff), zur Herstellung von Generatorgas; die verwendete Einrichtung gestattete nur 0,55 bis 1,5 kg :Brennstoff zu vergasen. Der Versuch mit Koks ergab z. B. bei 980° Anfangstemperatur und 1450° Endtemperatur ein Gas folgender Zusammensetzung: Kohlensiiure . Kohlenoxyd . W asserstoff . Stickstoff . .

1\lso trotz der sehr hohen Temperatur sehr viei

13,3% 34,0% 1,3% 51,4% Kohlensăure.

Journ. Chem. Soc. 1911, 846. Bull. Soc. d'encourag. (1906) 105, 347. 3 Zeitschr. f. physikal. Chemie 1888, 168. ' Zeitschr. f. angew. Chemie 1893, 525. 5 Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing: 1904, 1656. 1

2

F 1 s c h e r,. Kraft&as. 2. Anfl.

6

82

Vergasung.

Versuche von W. Wielandtl mit einer kleinen, nur 135 ccm fassenden Tonzelle ergaben, da.l3 das Verhăltnis des Ko.hlenoxyds zu Kohlensăure mit ·steigender Tempera tur und steigender Beriihrungsdauer zunimmt: 870

1000

1150

350 58 63 1,09

295 48 57 1,19 18,23

500 82 62 0,76 17,15

2,67

4,78

Temperatur . . .

Luft. • • y• • . 1/st Geschwindigkeit mm/sek Schichthi:ihe . mm Beriihrungszeit . sek

002 . . . . .119,22 Analyse {0 2 • • • • • 0,24 00 . . . . . 1,62

1

1

1260

1350

1460

1030 170 57 0,34

1140 188 34 0,18

710 117 38 0,32

1 17,71 114,66 0,02 0,10 4,54 8,63 6,80

1· 16,56

Bei 1550° Hitze 11 und 13 cm iiber dem Rost entnommene Gasproben enthielten: 11 cm

13 cm

14,1 10,2

11,0 15,6

Kohlensaure Kohllmoxyd

Weitere Versuche mit einem kleinen Ofen von 22 cm Hohe ergaben: KorngroLle Durchmesser mm

Analyse Prozent 00 2 02 00 Luftmenge ljmin Geschwindigk. cm/sek SchichthOhe cm . . . Beriihrungszeit sek

1

12

1

12

1

12

1

15

1

15

13,42 11,17 16,0 19,54 17,06 0,23 0,23 9,56 15,4~ 6,3 1,26 5, 78 251 25 62 42 48 4,4 4;4 10,9 7,4 8,4 3,5 15,5 3,5 5,5 10,5 0,80 13,54 0,32 0,75 1,25

115

1

15

1

25

1

25

1

25

1

25

12,29 18,97 12,55 13,59 15,99 17,45 8,16 0,59 1,17 6,98 3,91 0,98 0,03 0,93 ll,06 0,08 0,26 52 1 52 1 52 50 50 50 9,1 9,'1. 9,1 8,7 8,7 .8,7 1,5 4,5 9 14,5 17 119,5 0,16. 0,491 0,99 1,6611,9412,23 1

Die Wechselwirkung zwischen Kohlenstoff und Kohlendioxyd untersuchte Bathke (1881) durch Erhitzen von Kohle mit Kohlensăure im zugeschmolzenen Rohr. Nach Naumann und Pistor"" beginnt die Reduktion von Kohlendioxyd durch Holzkohle bei etwa 530°; dann: Linga der Kqhlenschicht

30 24 10 57 2

Tempera tur etwa

Gasblasen in der Sekunde

800° 860 bis 950° 1050° 950 860 " 950° " 1030 " 1100°

Kohlenoxydgehalt des austr. Gases

1 1,7 1,2 3 3

Ăhnliche Versuche machte Lan(/. (a. a. 0.). 1 2

Journ. f. Gasbel. 1903, 201; Fischers Jahresber. 1903, 53. Berichte d. deutsch. chem. Ges. 1885, 1647 u. 2894.

12,7% 58,3% 94,2% 90,7% 18,1%

83

Vergasung.

Boudouard 1 war der erste, der die GleichgeWichtsbedingungen fiir die umkehrbare Reaktion C02~ 2 CO C

+

erforschte. Er ging bei den Versuchen, die in den Temperaturgrenzen von 445 bis 925 ° ausgefiihrt wurden, sowohl vom Kohlenoxyd wie auch von Kohlensaure aus. Nach hinreichend langer Einwirkungsdauer (bis zu 12 Stunden) erhielt er folgende Werte. Versuche mit

Versuche mit CO.

Temper~~~ oc

1

445 650 800

co.

r-

%

co %

1

100 61,5 6,7

1

38,5 93,3

~-

Zeit Stunden

Temperatur

4 9 4

650 800 925

oc

co2.

co.

co

%

%

61,5 6,3 4,0

38,5 93,7 96,0

Zeit Stunden

12 6 Pj~

Es war hiermit der experimentelle Beweis dafiir erbracht, daB sich in dem System C, C0 2 , CO unter geeigneten Bedingungen fiir jede Temper~tur ein bestimmtes Gleichgewiq_ht einstellt, gleichgiiltig, ob man von CO oder C0 2 ausgeht. Man bezeichnet das Gleichgewicht zwischen den genannten drei K()rpern auch als das Gleichgewicht des Generatorgases. M. Mayer und J. Jaco1Jy 2 leiteten iiber Zuck~rkohle Kohlensaure oder Kohlenoxyd; sie berechnen folgende Gleichgewichte zwischen Kohlensaure und Kohlenoxyd, verglichen mit dem Ergebnisse vort Boudouard: Temperatur

Berechnete Werte aus der Konstante 7,9,

co.

i ~co

95,44 90,41 81,98 69,63 54,44

4,56 9,59 18,02 30,37 45,56

13,55

86,45

4,15

95,85

%

1

Berechnete Werte aua der Konstante 8,76

%

co. i

%

co

Boudouards Werte

%

co.

1

%~~

====:=~-0=0==·=-~-T==:=::=~=~~i===~~:=~=;=-=-*1--=~=-;=.:=~=-·=.~l=--~-~2,=9~~~~~9=7,~8~-=--~1~-==2,2 500 550 600

650 700 750 800 850 900 950 1000

85,77

14,23

39,89 24,06 13,10 6,79 3,60 1,88 1,03

60,11 75,94 86,90 93,21 96,40 98,12 98,87

94,6 88,0 76,8 60,2 41,3 24,1 12,4 . . 5,9 2,9 1,23 1,03

5,4 12;0 23,2 39,8 58,7 75,9 87,6 94,1 97,1 98,77 99,0

Auch von weiteren BeObachtern, so insbesondere von Rkead und Wheeleta, Sckraube 4 wurden die Werte von Boudouard im wesentlichen als richtig befunden. 1 2

3

4

Compt. rend. de l'Acad. des Se. 128, 822; Ânnales de Chim. et de Phys. (1902) 24, 5.

Journ. f. Gaebel 1909, 282. Journ. of Chem. Soc. 1910, 2178 und 1911, 1140. Schra'ldle: "'ber das Gteichgewicht des Generatorgases, Dr.-Ing.·Diss. Berlin 1911. 6*

84

Vergasung.

Die von J. K. Ofement 1 und Mitarbeitern aus ihren Versuchszahlen fiir den Gleichgewichtszustand ermittelten Werte, die von denen der anderen Beobachter erheblich abweichen, sind demnach als irrtiimlich anzusehen Il. Aus allen diesen Untersuchung{m ging fiir den Gleichgewichtszustand hervor, daB mit der Temperatur der CO-Gehalt zu- und der C0 2-Gehalt abnimmt. Die Zusammensetzung der Gleichgewichtsmischung ist von der Natur des Kohlenstoffs unabhăngig, sie ist dieselbe fiir Holzkohle, Koks, Anthrazit, Graphit. DruckerhOhung verschiebt das Gleichgewicht in der Richtung, in der die Reaktion mit einer Volumenverringerung verlii.uft, also nach der S3ite der Kohlensăure. Doch tritt die hierdurch bedingtd Ănderung der Gaszusammensetzung erst durch verhăltnismăllig hohe Drucksteigerungen hervor, so daB sie unter den gewohnlichen Verhăltnissen der Kohlenvergasung fast gar nicht in Betracht kommt. Im gleichen Sinne wie eine Erniedrigung des auf dem Gasgemisch lastenden ăuBeren Druckes wirkt cine Verringerung des Teildruckes der beiden . Gasbestandteile C0 2 + CO. Besteht also das mit erhitztem Kohlenstoff in Beriihrung befindliche Gasgemisch aus den Erzeugnissen der Verbrennung von Kohlenstoff mit Luft, so enthălt es neben C0 2 und CO in noch grolleren Mengen Stickstoff, der eine Erniedrigung des Teildruckes von C0 2 + CO und demgemăll eine Verschiebung des Gleichgewichts nach der CO-Seite zur Folge hat. Die folgende Zahlentafel zeigt die Gleichgewichtsmischung bei Atmosphărendruck nach der Berechnung von K. Neumann 3 • Tcmperatur

Gaszusammensetzung %

oc

co,

400 450 500 550 600 650 700 750 800

20,6 19,2 17,1 14,1 10,1 6,1 3,1 1,5 0,6

co

1

1 1

0,9 2,0 6,4 11,5 18,1 24,7 29,4 32,2 33,7

co

N, 1

1

1

78,5 77,9 70,5 74,4 71,8 69,2 67,5 66,3 65,7

co. 0,0436 0,1510 0,3742 0,815 1,791 4,050 9,48 21,48 56,20

1

co co + co, 0,042 0,131 0,272 0,450 0,642 0,802 0,905 0,955 0,983

Auch beim GeneratorprozeB, wo Luft auf den in dem unteren Teile des Scbachtes befindlichen hocherhitzten Koks auftrifit, werden aus dem Luftsauerstoff zunăchst C0 2 und CO gebildet, letzteres wird aher d_urch iiberschiissige Luft alsbald zu C0 2 verbrannt. Nach Aufzehrung des Luftsauerstoffs erfolgt eine Einwirkung des Kohlenstoffs auf die Oxydedes Sauerstoffs University of lllinois Bulletin Nr. 16 (1909). vgl. Schraube a. a. O. 3 K. Neumann: Die Vorgange im Gasgenerator auf Grund des zweiten Hauptgcsctzes der Thermodynamik. Mitteilungen liber Forschungaarbeiten, herausgegeben vom V. d. Ing., Heft 140, S. 6. 1

2

Vergasung.

85

im Sinne einer Einstellung des Gleichgewichts, die in Anbetracht des tJberschusses der Kohlen8aure nur in einer Reduktion der 00 2 bestehen kann. Die Erreichung des Gleichgewichtszustandes hii.ngt davon ab, ob die Gase mit dem gliihenden Kohlenstoff hinreichend lange in Beriihr\mg bleiben. Die Reduktion der Kohlensaure zu Kohlenoxyd erfolgt um so rascher, je. hoher die Temperatur ist. Die Geschwindigkeit der Zersetzung reicht jedoch bei weitem nicht an die der Einwirkung von freiem Sauerstoff auf Kohlenstoff heran. So berechnete Farupl nach Versuchen mit Lampenkohle, daB Kohlensii.ure (und in nahezu gleichem MaBe auch W asserdampf) bei etwa 850° mit derselben Geschwindigkeit wie Sauerstoff bei etwa 450° auf Kohlenstoff einwirkt, wahrend die Reaktionsgeschwindigkeit von Sauerstoff bei 850° 3 • 108 mal groBer ist als die der 00 2 • Die Zunahme der 'Umsetzungsgeschwindigkeit der Kohlensaure erlangt nach Berechnungen-von"Rhead und Wheeler2 erst oberhalb 900 bis 1000° sehr rasch ansteigende W erte. Da die Umsetzung der C0 2 zu CO unter allen Umstanden eine gewisse Zeit erfordert, so ist bei der Einwirkung stromender Gase auf Kohle ihr Fortschreiten auch von der Beriihrungsdauer und somit zunachst von der Geschwindigkeit des Gasstromes abhangig. ' Fiir die Beriihrnngsdauer ist neben der Stromungsgeschwindigkeit des Gasea auch die physikalische Beschaffenheit des Brennstoffs von maBgeblicher Bedeutung. Da. die chemische Umsetzung nur an der Beriihrungsflache von Gas und Kohlenl!toff, tl. h. an der Oberllache des Brennstoffs erfolgen kann, so wird sie um so ausgiebiger stattfinden, je grofler letztere im Verhaltnis zu dem an der Reaktion zunachst nicht beteiligten Kohlenkern ist. Die Reduktion der C0 2 erfolgt sonach um so leichter, je poroser und kleinstiickiger der Brennstoff ist. Zahlenmii.Big ist dies namentlich durch die bereits erwii.hnten Versuche von J. K. Clement (S. 84) bestătigt worden. Die Geschwindigkeit des Vorgangs 2 CO ~ 002 + C ist ebenfalls durch die Temperatur bedingt. Im Vergleich zur Geschwindigkeit der 00 2-Reduktion ist sie jedoch gering. Nach Rkead und Wheeler ist letztere bei 850° etwa 1166mal groBer ala· erstere .. Der Zerfall des Kohlenoxyds kann jedoch selbst bei sehr niedrigen Temperaturen (200 bis 300°) durch Katalysatoren (z. B. Platin, Nickel, Eisen) stark beschleunigt werden. Die Geschwindigkeit der umkehrba.ren Reaktion 2 CO =; C + 00 2 hii.ngt a.lso nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Art und Form des Brennstoffes ab. In Genera.toren wird der Gleichgewichtszustand im a.llgemeinen nicht erreicht, so dafl Berechnungen iiber die Vorgii.nge im Generator, wie ~ie v. Jiiiptners u. a. ausfiihrten; keinerlei praktischen Wert haben. 1

2 3

Zeitschr. f. anorg. Chemie 50 (1906) 276. Journ. of Chem. Sop. Mai 1912, 844. H ...'IJ. Ju.ptner: Beitrăge zur Theorie des Generator· und des Wa.sserga.ses (Stutt-

. ga.rt 1904).

86

Vergasung.

DaJ3 Wasserdampf, liber gliihende Kohlen geleitet, Wasserstoff nebst und Kohlenoxyd bildet, ist schon lăngst bekanntl. Das durch Einwirkung von Wasserdampf auf gliihende Kohlen erhaltene Gas hatte nach R. Bunsen 2 auf 2 Vol. 00 2 l Voi. 00. Nach Langloiss ergab Holzkohle, moglichst stark in einem Porzellanrohr erhitzt, im Vergleich mit Koks: Kohlensăure

Wasserstoff. Kohlenoxyd Kohlensăure

l\Iethan . .

Holzkohle

Koks

49,6% 42,2% 6,0% 2,2%

54,5% 31,9% 12,0% 1,6%

J. H. Long 4 leitete iiber rotgliihende Holzkohle Wasserdampf; die halbstiindig genommenen Proben hatten folgende Zusammensetzung: I 52,9 19,9 26,9 0,3

H2

co•. co

N.

II

53,7 24,4 21,5 0,4

III 64,2 30,3 5,1 0,4

IV 64,2 30,7 4,8 0,3

Leider sind die Temperaturen nicht angegeben. Die Zunahme des 00 2 Gehaltes in den aufgefangenen Gasproben ist jedenfalls auf die Abnahme der in dem Gliihrohr vorhandenen Holzkohle zuriickzufiihren. - Die Einwirkung von Wasserdampf auf Braunkohlenkoks beginnt nach Versuchen von F. Fischer 5 bei etwa 400°, nach Lang6 die auf Gaskoks bei etwa 530°. Bei 630° und langsamem Strom zeigte das austretende Gas folgende Zusammensetzung: 20,4% 0,9% 39,8% 38,9%

Kohlensăure

Kohlenoxyd W asserstoff Stickstoff

Retortengraphit im Wasserdampfstrom ergab: 110 ccm Gas 1 aufgesammelt 1 in

Zusammensetzung des Gases Temperatur

-0-.--~-~--1--0 00---,----~--

1

24 Stunden 8

P/4 " 14 Minuten 8 8 8 8

i} 814 bis 861 1

}

{

861 bis 954 {

1} 954

b~

!OM

t

13,4 16,2 22,5 20,0 19,4 17,5 18,3 18,4

8,8 10,8 6,1 10,3 13,7 16,0 17,3 16,9

56,0 62,0 68,0 -68,3 65,7 65,3 62,0 62,1

r- -

-"-11

21,8 10,8 3,4 1,4 1,2 1,2 2,4 2,6

Gilberts Annaleri 9, 85 u. 423; 22, 64. Poggend. Annalen 46, 207. 3 Wagners Jahresber. 1859, 639. 4 Liebigs Annalen (1878) 192, 288. 5 Fîschers Jahresber. 1883, 1306. 6 Zeitschr. f. physikal. Chemie 1888, 163; Berichte d. Deutsch. chem. Gesellschaft 1885, 1647 u. 2894. 1

2

87

Verga.sung.

r

Diese Versuche lieBen also noch keine GesetzmăBigkeiten erkennen. Harrie8 1 leitete auf Buntes. Veranlassung Wasserdampf durch ein mit Holzkohlenstiickchen . gefiilltes Porzellanrohr : 2 1 _s_!_4 1 5 -W;sser--- ---- --~ Tem- Gas- Zusamrnensetzung des pera- strom erzeugten W assergases dampf tur in (Mit, Liter W asser-~ Kohlen-~Kohlen- zer~l~~e-;-. H,O săure stoff oxyd setzt setzt tel) pro oc Min. % % % % % %

·1,

674 758 838 838 861 954 1010 1060 1125

0,9 1,8 3,66 3,28 5,3 6,3 6,15 9,8 11,3

65,2 4,9 65,2 7,8 62,4 13,1 61,9 15,1 59,9 18,1 53,3 39,3 48,8 . 49,7 50,7 48,0 50,0 48,5

29,8 27,0 24,5 22,9 21,9 6,8 1,5 1,3 0,6

8,8 25,3 34,7 41,0 48,2 70,2 94,0 93,0 99,4

91,2 87,12 74,7 65,82 65,3 59,0 47,15 51,8 39,18 27,2 17,21 . 6,0,3,02 7,0 3,68 0,6 0,30

9

~~ " t" ---------~

"

co

H,

%

%

CO,

%

K beK' ~ I_H,Ol:__ISJ_O] rech[C0 2]-[H2l net von

0,63 8,41 3,84 2,67 22,28 9,23

-

7,96 11,01 32,70 48,20 46,31 48,34

-

32,77 36,48 44,43 47,30 48,84 50,73

-

12,11 13,33 5,66 1,45 1,25 0,60

uggi n

1,70 0,85

0,49 0,70

0,94 0,89 2,25 2,12 2,78 0,48

0,98 1,07 1,41 1,65 1,88 2,11

-

-

Die von Bunte mitgeteilten Zahlen .sind in der linken Hălfte der vorstehenden Zahlenreihen wiedergegeben; die rechte Hălfte enthălt die qaraus von Luggin 2 fiir das wasserdampfhaltige Gas berechneten W erte. Auch bei diesen Versuchen war die. Temperaturbestimmung noch ziemlich unsicher, da sie durch Bestimmung des Schmelzpunktes von Legierungen erfolgte. Die Bedeutung der Versuche sah man seinerzeit besonders darin, "daB sie zeigten, welch enormen EinfluB die Temperatur des Generators auf die Zusammensetzung des Generatorgases hats." Luggin wies f~rner darauf hin, da.B die aus den Zahlen von Harries ermittelten Werte fiir K'

= [~dJ.~Ji~]

sehr nahe an die Werte fiir die Gleichgewichtskonstante K heranreichten, die er aus dem von Hoitsema fiir 2825° ermittelten Werte der Gleichgewichtskonstante fiir die Wassergasreaktion berechnet hatte. Mit Ausnahme des bei der tiefsten Temperatur von 674° angestellten Versucheş, bei der die Abweichung groBer ist, hatte sich demnach das Gleichgewicht unter den vier Gasbestandteilen H 20, CO, 00 11 und H 11 nahezu eingestellt. Hieraus ging hervor, daB der Reaktion CO + H 110 ~ 00 2 + H 2 , der W assergasreaktion bei der Zersetzung des W asserdampfes an gliihender Kohle, also .der Wassergasbildung, eme wichtige Rolle zukommt'. Joum. f. Gasbel. 1894, 82. Journ. f. Gasbel. 1898, 714. 3 Luggin, ebenda. 4 Die Wassergasreaktion ist so benannt worden, weil sie sich unter den vier Hauptbest!!-ndteilen des rohen Wasserga.aes, CO, H, C0 2 , H 10, abspielt. In der Literatur findet sich jedoch nicht selten auch die Anwendung dieses Begriffes als Santmelbezeichnung aller bei der Wa.aserga.abildung, also der Wechselwirkung von Kohle und Wasserdantpf auftretenden Vorgănge, was leicht zu Millverstăndlichkeiten fiihrt und daher vermieden werden sollte. 1 2

Verga.sung.

88

Nach Engler und Grimml beginnt die Umsetzung von Wasserdampf und Kohlenoxyd schon bei 250 bis 300°. Lang (a. a. O.) leitete Kohlenoxyd und Wasserdampf bei 950° durch ein Porzellanrohr. Prozentzusammensetzung des Gasgemisches: Nach Y. stftndlger Elnwlrkung

Nach 2 stllndiger Elnwlrkung

15,2 68,5 14,0 2,3

22,8 51,4 21,9 3,9

Kohlendio:x:yd Kohleno:x:yd . Wasserstoff . Stickstoff ...

Zusammensetzung des Gasgemisches, nachdem iiberschiissiger Wasserdampf eingefi.ihrt worden war: Koblendio:x:yd. Kohleno:x:yd W asserstoff Stickstoff . .

39,7% 18,3% 38,7% 3,3%

Nach A. Naumann und O. Pistor wird Kohlendioxyd durch Wasserstoff bei Temperaturen unter 900° nicht zu Kohlenoxyd reduziert. Eine Wechselwirkung zwischen Kohlenoxyd und Wasser, und zwar bis ungefahr 560°, nicht nachweisbar; bei ungefăhr 600° waren 2%, bei ungefahr 900° war 8% und bei ungefăhr 954° waren 10,5% des Kohlenoxyds in Kohlendioxyd verwandelt worden. Vgl. Horstmann.2 Bunsen und Horstmann entwickelten zuerst die Anschauung, daB bei einer unzureichentlen Menge von Sauerstoff ei~ţ Gemisch von Kohlenoxyd [CO] [H 2 0] und Wasserstoff bis zu dem durch den Ausdruck [C0 2] [HJ = K wiedergegebenen Gleichgewicht verbrennt 3 • O. Hahn" untersuchte das Gleichgewîcht C0 2

+ H 2 ~ CO + H 20

.

Zu den Versuqhen wurde ein Quarzrohr verwendet, das sich in einem Wid'erstandsofen befand und mit Platinfolie bzw. Platinschwamm gefi.illt war. Die Versuche erga ben fi.ir : K

= [C_Ol[}l!__O] [C0 2 ] [H 2]

a) ausgehend von CO und H 20: K

=

886°

986°

1086°

1,19

1,54

1,95

Berichte d. Deutsch. chem. Gesellschaft 1897, 2921. Liebigs Anna.len 190, 228; tBerichte d. Deutsch. chem. Gesellschaft 1897, 65. 3 Vgl. die Zusa.mmenstellung der al teren auf die Wassergasrea.ktion beziiglichen Literatur von Haher und Richardt in Zeitschr. f. anorg. Chemie 38 (1904), 5. ' ~eitschr. f. physika.I. Chell1ie 1903, 513 u. 705. 1

2

89

Vergasung.

b) auagehend von 00 2 und H 1 : 1005°

1205°

1405°

K= 1,68

2,10

2,49

Die Abhii.ngigkeit der Gleichgewichtskonstante K der Wassergasrea.ktion von der Temperatur wird durch nachstehende, von K~ Neumannl unter Zugrundelegung der Versuchawerte von Hahn angegebenen Zahlenreihe veranachaulicht: 'femperatur . . . . . .

•c

800

600

986

1100

1400

1600

1,972

3,076

3,820

~--~- -~~ =====-'i===+~===='c===

0,372

0,916

1,570

Wii.hrend aua den Verauchen von Naumann und Pi8tor sowie von Lang der trăge Verlauf der Waasergasreaktion .bia zu 1000° hervorging, konnte Hahn unter Anwendung von Platin ala Katalysator schon bei 700° eine rasche Einstellung des Gleichgewichts erzielen. Die durch Lang vertretene Annahme einer ausschlieBlichen primăren Zersetzung des Wasserdampfes nach der Gleichung O+ 2 H 20 = 00 2 + 2 H 2 hat in der Folge keine allgemeine Anerkennung gefunden. Wie sich die Anschauung vielmeh~ im Hinblick auf die Versuchsergebnisse von Harries weiterhin entwickelt hat, lăBt die Darstellung von Haber 2 in seiner "Thermodyna:rnik technischer Gasreaktionen" erkennen. Hiernach greiîen bei der Wassergasbildung zwei Prozesse ineinander: [00] [H 2 ] -=------"____:___-=:__ a) O + H 2 0 = 00 + H 2 K,

=

b) O+ 2 H 2 0 = 00 2 + 2 H 2 K" =

[H 2 0]

[OOJ [H 2 ] 2 [H 20] 2

_K, _ = K [H 20] [00] [00 2 ] [H 2 ] K,1

Beide

Vorgănge

sind noch durch c) O+ 00 2 ~ 2 00

[00]2 K," = [OOa]

miteinander verkniipft. Die chemischen Vorgănge streben einem zweifachen Gleichgewichtszustande zu, namlich dem Gleichgewichte unter den vier an der Reaktion beteiligten Gasen und weiterhin dem Gleichgewicht der Bestandteile 00 2 und 00 mit der Kohle. Wahrend sich nun, wie Ha"iu Versuche zeigen, das Gleichgewicht in dei" Gasphase leicht einstellt, lassen ·die Zahlen 1 2

Vgl. K. Neumann a. a. O. S. 8. Vgi. S. 293.

Vergasung.

90

andererseits erkennen, dall das Gleichgewicht der Gase mit der Kohle nicht erreicht wird, denn das Verhăltnis 00 : 00 2 ist bei allen Versuchstemperaturen von Ha"ie8 viel kleiner, als es beim Gleichgewicht mit der Kohle nach den Ermittelungen von Boudouard sein durfte. Die rasche Einstellung des Wassergasgleichgewichtes, in der bereits Luggin eine die Vorgănge beherrschende Tatsache sah, ist auch.fiir Haber eine augenfăllige Erscheinung, die ihm um so bemerkenswerter erscheint, als er selbst bei seinen Untersuchungen iiber. uas Wassergasgleichgewicht in der Bunsenflamme festgestellt hatte, daB das Wassergasgleichgewicht im Abkiihlungsgebiet des Flammeninnenkegels noch bei hoher WeiBglut festfriert, wăhrend es hier in Gegenwart von Kohle bis · zu măBiger Rotglut (750°) hinab sich einstellt. "Wir miissen also schlieBen," so folgert er weiter, "daB die gliihende Kohle die Einstellung des Wassergas· gleichgewichts beschleunigt, ohne selbst sich mit dem Gasgemenge ins Gleichgewicht zu setzen. Die Kohle wirkt also auf das Wassergasgleichgewicht wie Platin. Welche Zwischenreaktion dies interessante Verhalten veranlaBt, wăre wertvoll zu erfahren~ Man wird dabei insbesondere im Auge behalten miissen, dall die Kohle kein reiner Kohlenstoff ist, und dall eine Zwischenreaktion sich schlie13lich auch an die Aschenbestandteile der Kohle kniipfen kann." Clement und Adams 1 leiteten Wasserdampf bei 800 bis 1300° mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch eine Koksschicht von 30 cm Lănge. Die von ihnen fiir die Beriihrungsdauer beiechneten Zahlen sind nur Năherungs­ werte:

" · '"=..."' ."> ...

Temperatur

oc

"""

1 4 7 16 20 24 25 26 30 31 32 33 36 37 38 39

Berlih-1 H,O 1 CO 1 H rungs- ------'~··· dauer 2 3 1 1 In Sek. -· 1

1 8,5 1,5 7 1 8 2 IIOO 1 1200' 11 4,5 2,9 0,9 4,3 1300 2,2 1,6 1,2

800 900 900 1000 1000 1100 1100

99,1 0,40 75,4 8,51 92,9 2,78 69,8 9,16 88,7 4,48 34,9 18,8 67,6 9,92 76,8 7,22 5,0 51,3 17,0 44,6 52,3 24,2 74,8 10,18 0,0 52,4 2,1 51,5 7,7 47,8 7,4 41,9

0,49 12,78 3,60 15,8 5,71 35,6 17,6 12,41 42,5 37,0 22,3 12,8 45,3 44,3 42,5 38,8

1

-

i

Zusammcnsetzung des gesamten Gasea Voi.-%

..

C':l

o~

O)~

-- § - ~ lt")

>t:>

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.....

..... ~ ~ t.... o 8 to o o """' o o o o o >t:>

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:sfe inderAscl>e

Egenwarme

1

3,•T

l

"'~'"'Tf,•T

4rlusre durch:J

1

f"'erluste durch

1

Slro!J!un9 'I,JT u.s.w.

1/erluste dure O, 9T/rOndpnI'ZE'ugpr ( Gt>nt>ratort'n ).

Trockenzone entwickelten \Vasserdămpfe beladen, was fiir "ihre weitere Verarbeitung vielfach von Vorteil ist. Ferner kann auch die Menge des durch die Entgasungsschi0hten zu leitenden Heizgases geringer sein, weil sich ihre Abkiihlung durch die Trocknungsschichten nicht so fuhlbar macht wie bei unmittelbarem Zusammenhang beider Zonen. Der Wărmebedarf fUr die Entgasung und Trocknung wird freilich durch die ftihlbare \Vărme der Vergasungsgase allein desto schwieriger zu decken sein, je feuchter der Brennstoff ist. Bei dem Verfahren von Klinner ist deshalb noch, ăhnlich wie bei dem bekannten Torfgenerator von Korting, im

J.'ig. 98. Gaserzeuger mit Umleitung vo11 \"ergasungs· gaseu nach d~m Vort10rkuer von Klin ner.

Fig. 99. Generator mit Yortrockner von Whit/ield.

unteren Teile des Entga:sungsraumes eine besondere Feuerstelle mit seitlichem Treppenrost vorgesehen. \\Tie aus Fig. 98 zu ersehen ist, besteht der Gaserzeuger aus dem Vorratsbehălter a fiir den Bremu;toff, der Vortrocknungskammer b, dem Nachtrocknungsraum c, der Destillationskammer d, dem Vergasungsraum e und dem Aschenbehălter f . Die Kammer b ist oben und unten durch die von aufien einstellbaren Ventile g und h abgeschlossen. Durch die beiden Trockenrăume b und c fiihrt etwa bis zur Hohe der oberen Rostgitter i ein mittleres Rohr k, das zur EinfUhrung eines hochwertigen Zusatzbrennstoffs nach Offnung der Schiehl'r l und m dient. Das Rohr k ist im Obl'rteil der Kammern b und c von zwei mit stabvorhangartigen Durchbrechungen versehenen Stulprohren n und o umgeben, VQil denen das obere n mit der Rohrleitung p, und re Bt>triebsergebnisse mit dem Jakmschen Generator vgl. Feuerungstechnik 1, 225.

17*

GaserzPugcr (Generatoren ).

~(j()

Einen besseren Erfolg als mit dom Gaserzeuger von Jahns erwartete ma.n von der Anpassung der Drehrostgeneratoren an die Vergasung aschenreicher Brennstoff. Die selhsttătige Austmgung der Riiekstănde und die Schiirung,