Titel: Ebelmen, über die Zusammensezung der Frischfeuergase und die Verkohlung des Holzes etc.
Autor: Ebelmen,
Fundstelle: 1843, Band 88, Nr. LXXII. (S. 280–285)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj088/ar088072

LXXII. Ueber die Zusammensezung der aus den Frischherden sich entwikelnden Gase. – Untersuchungen über die Verkohlung des Holzes; ferner über die Erzeugung und Anwendung der brennbaren Gase zu metallurgischen Zweken; von Ebelmen.

Aus den Comptes rendus, April 1843, Nr. 15.

In der Abhandlung, welche ich hiemit der (franz.) Akademie vorlege, suchte ich die Theorie einiger wichtigen metallurgischen Processe dadurch aufzuhellen, daß ich die Zusammensezung der gasförmigen Producte in den verschiedenen Epochen der Arbeit und in den verschiedenen Theilen des Apparats untersuchte. Da die atmosphärische Luft bei allen diesen Processen ein unentbehrliches Agens ist, so lernen wir durch die Untersuchung der Gase die Reihe der Umwandlungen kennen, welche mit ihr vorgehen und mit der Wärmeerzeugung und den chemischen Reactionen, die im Feuer stattfinden, in innigster Verbindung stehen. So entwikelt der Sauerstoff der Luft, indem er sich in Kohlensäure umwandelt, eine sehr hohe Temperatur, welche durch den Uebergang der Kohlensäure in Kohlenoxyd sich plözlich wieder erniedrigt. Vor dieser leztern Veränderung ist der |281| Gasstrom oxydirend; nach derselben besizt er in hohem Grade reducirende Eigenschaften.

Meine ersten Untersuchungen in dieser Beziehung betrafen die Hohofengase (polytechn. Journal Bd. LXXXV S. 33). Die großen Dimensionen dieser metallurgischen Apparate gestatteten eine genaue Bestimmung der Veränderungen, welche die den Hohofen durchziehende Luftsäule erfährt, woraus die entsprechenden chemischen Reactionen abgeleitet werden konnten. Ein anderes in Frankreich im Großen ausgeführtes Verfahren, die Verwandlung des Roheisens in Stabeisen im mit Holzkohle beschikten Frischfeuer, untersuchte ich von demselben Gesichtspunkte aus.

Bei diesen Feuern wird die Luft durch eine oder zwei Formen in einen mit Kohle angefüllten Herd geblasen, worin man das zu frischende Roheisen und das zu schmiedende Eisen von einer vorausgehenden Operation in constante respective Lage bringt. Der Sauerstoff der einströmenden Luft verwandelt sich auf dem Wege von der Form zum Windstein zuerst in Kohlensäure, dann in Kohlenoxyd. Die Analyse der aus dem Trichter des Feuerraums gezogenen Gase zeigt, daß die Verwandlung des Sauerstoffs in Kohlensäure der constanten Lage entspricht, in welche der Arbeiter das zu schmiedende Eisen bringt, an welcher Stelle die Temperatur am höchsten ist.

Die das Roheisen während seiner Schmelzung umgebende Atmosphäre enthält beinahe keine Kohlensäure mehr und ihre entkohlende Wirkung kann beinahe nur Null seyn, im Widerspruche mit der gewöhnlichen, im Sinne des Hrn. Karsten verbreiteten Ansicht, welche der Wirkung der Luft die während der Schmelzung des Roheisens stattfindende Entkohlung zuschreibt. Dem Eisenoxydul der Schlaken vielmehr ist diese Einwirkung ausschließlich zuzuschreiben. Dulong's Versuche beweisen, daß diese Entkohlung eine bedeutende Absorption latenter Wärme zur Folge haben muß.

In der zweiten Periode der Frischung, der eigentlichen Arbeit, wird, wie die Analyse der Gase zeigt, ein bedeutender Antheil Eisen durch den Sauerstoff der hineinziehenden Luft oxydirt.

Da die fühlbare Wärme und die Wärme von der Verbrennung der Frischfeuer-Gase zu sehr vielen Zweken benuzt werden, so bestimmte ich die mittlere Zusammensezung dieser Gase in den verschiedenen Epochen der Arbeit, woraus sich ergibt, daß diese Wärme zu Operationen, welche eine hohe und anhaltende Temperatur erfordern, wahrscheinlich nicht verwendet werden kann.

In einer zweiten Abhandlung, welche ich hiemit der Akademie überreiche, untersuchte ich den Hergang bei der Verkohlung des Holzes. Alle Methoden, nach welchen diese geschieht, zerfallen |282| in zwei Classen. In der einen bewirkt man die Destillation in verschlossenen Gefäßen und die Resultate gleichen in allen Stüken jenen, welche wir im Kleinen bei den Versuchen in den Laboratorien erhalten. In die zweite Classe gehören alle Verkohlungsarten durch unvollkommene Verbrennung, wobei ein Theil des Brennstoffs aufgeopfert wird, um den andern zu destilliren. Beinahe alle Holzkohle wird in Frankreich durch ein dieser Classe angehörendes Verfahren bereitet, welches unter dem Namen der Verkohlung in Meilern bekannt ist. Das Holz wird in kegelförmige Haufen von verschiedener Größe geschichtet, welche mit einer diken Schicht Erde und Lösche bedekt werden; man zündet den Meiler an, indem man in seiner Mitte einen bis auf den Boden hinuntergehenden Kamin (Canal) frei läßt, in welchen man glühende Kohle und kleines Holzwerk bringt und läßt dann durch die unten im ganzen Umkreis des Meilers angebrachten Zuglöcher Luft hineinziehen. Nach ein paar Stunden, während welcher man den Kamin offen läßt, damit die Verbrennung lebhaft angefacht werde, wird die obere Mündung verschlossen und die Verkohlung von Oben nach Unten gerichtet, indem man in die Deke Löcher macht, mit welchen man in dem Maaße als der Proceß vorschreitet, immer näher gegen den Fuß des Meilers rükt.

Die Theorie dieses Processes betreffend, war man in vielen Punkten noch nicht im Klaren. Man wußte nicht, ob der Sauerstoff der durch die Zuglöcher eintretenden Luft als Kohlensäure oder als Kohlenoxyd davon geht und ob die Verbrennung mit schon gebildeter Kohle oder mit den Producten der Destillation des Holzes stattfindet. Diese Fragen sind es, welche ich vorzüglich zu lösen suchte. Durch die Analyse der gasförmigen Producte, welche aus den Abzugslöchern entweichen und Vergleichung ihrer Zusammensezung mit jener der Gase, welche man bei der Verkohlung in geschlossenen Gefäßen erhält, kam ich zu folgenden zwei Schlüssen:

1) Der Sauerstoff der durch die Zuglöcher eingeführten Luft wird vollkommen in Kohlensäure verwandelt, welcher gar kein Kohlenoxyd beigemischt ist;

2) dieser Sauerstoff wirft sich gänzlich auf die schon gebildete Kohle und wirkt durchaus nicht auf die Destillationsproducte.

Die Vergleichung der Resultate der Verkohlung in Meilern mit jenen die man erhält, wenn man kalte Luft in einen mit Holz (im Naturzustande) beschikten Schachtofen streichen läßt, führte mich zur directen Bestätigung des aus Dulong's Versuchen abgeleiteten Schlusses, daß nämlich durch die Verwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd latente Wärme absorbirt wird. Das Holz verkohlt sich in einer gewissen Zone des Schachtofens und ich überzeugte mich, daß |283| der Sauerstoff der Luft sich vollkommen in Kohlenoxyd verwandelt, ehe er noch in der Region ankömmt, wo die Destillation stattfindet. Die Temperatur der aus dem Ofen austretenden Gase und Destillationsproducte beträgt nicht viel über 100° C., woraus sich folgern läßt, daß die Destillation des Holzes eine Quantität latenter Wärme absorbirt, welche der durch die Verwandlung des zurükbleibenden Kohlenstoffs in Kohlenoxyd entwikelten Wärme ziemlich gleich ist.

Im Schachtofen werden, um 1 Theil flüchtiger Substanzen zu destilliren, 0,212 Kohlenstoff in Kohlenoxyd verwandelt. In den Kohlenmeilern destillirt man 1 Theil flüchtiger Substanzen unter Consumtion von 0,535 Kohlenstoff, welcher sich in Kohlensäure verwandelt. Es geht daraus klar hervor, daß bei der Verwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd, Wärme gebunden und die Temperatur erniedrigt wird.

Die Resultate, welche man beim Brennen des (natürlichen) Holzes im Schachtofen erhält, geben eine sehr befriedigende Erklärung der Vorgänge in den Hohöfen, welche mit diesem Brennmaterial (im rohen Zustande) betrieben werden.

Die dritte Abhandlung: Untersuchungen über die Erzeugung und Anwendung der brennbaren Gase zu metallurgischen Zweken enthält die Resultate einer Reihe in den Hütten zu Audincourt (Doubs) in Auftrag und auf Kosten des Staates angestellten Versuche. Ich suchte zu ermitteln, ob es nicht in vielen Fällen vortheilhaft wäre, das feste Brennmaterial in Gas zu verwandeln, um dann lezteres auf ähnliche Weise wie die Gase der Hohöfen zu verbrennen.

Die schon angestellten Versuche beziehen sich vorzüglich auf Brennstoffe vegetabilischen Ursprungs, die Holzkohle, das Holz und den Torf. Ich beschränke mich hier darauf, die Hauptresultate, welche aus ihnen zu ziehen sind, zusammenzufassen:

1) Kohlenklein und Löschkohlen können zur Erzeugung der hauptsächlich aus einem Gemisch von Kohlenoxyd und Stikstoff bestehenden Gase verwendet werden, welche in einem Flammofen die größte zur Eisenbereitung erforderliche Hize zu erzeugen im Stande sind.

Dieß ergibt sich nicht nur aus der Analyse der Gase, sondern auch aus den von mir mit einem Eisenschweißofen im Großen angestellten Versuchen, während deren ganzer Dauer er mit der größten Regelmäßigkeit im Gang blieb. Ein Gaserzeugungs-Apparat, wie ich ihn zu diesen Versuchen construiren ließ, wird gegenwärtig zu Audincourt beständig zum Heizen eines Blechglühofens benuzt.

2) Benuzt man zur Unterhaltung der Verbrennung im Gaserzeuger ein Gemisch von Luft und Wasserdampf, so erhält man mit jenen des Hrn. Dulong ganz übereinstimmende Resultate, welche |284| darthun, daß die Zersezung des Wasserdampfs in Berührung mit glühenden Kohlen, unter großer Absorption latenter Wärme erfolgt. Die Quantität des Wasserdampfs, welche mit der Luft in den Gaserzeuger eingeführt werden kann, ist hiedurch nothwendig begränzt; sie hängt von der Temperatur der Luft und des Dampfs ab. Nimmt man von lezterm einen kleinen Ueberschuß, so findet man, daß ein Theil desselben unzersezt durch die Kohlen streicht, während der andere constant ein Gemisch von Wasserstoff und Kohlensäure gibt.

3) Die Zusammensezung der Gase, welche mit Luft und Holz erzeugt wurden, scheint den Vorzug des Verbrennens der Holzgase, nach der Verdichtung der flüssigen Destillationsproducte, vor der directen Verbrennung des Holzes außer allen Zweifel zu sezen. Die flüssigen Producte erniedrigen die Temperatur der Verbrennung bedeutend und veranlassen hiedurch eine viel größere Consumtion von Brennmaterial; außerdem würden noch die Nebenproducte, wie der Theer und die Essigsäure gewonnen, was auch in Betracht gezogen zu werden verdient.

Verbrennt man das Holz in einem besondern Ofen, welchen ich Gaserzeuger mit verkehrter Verbrennung (générateur à combustion renversée) nenne, so verwandelt man es leicht in ein Gas, welches ungefähr 37 Proc. Wasserstoff und Kohlenoxyd enthält, und aus welchem die den Rauch ausmachenden Producte völlig verschwunden sind. Dieser Apparat ist so construirt, daß die Destillationsproducte unter dem Winde der Form abziehen und durch eine ziemlich lange Säule von glühender Kohle streichen müssen; er wird, wie ich hoffe, zu manchen technischen Zweken benüzt werden können.

4) Die Zusammensezung der aus Torf in einem Gaserzeuger mit directer Verbrennung erzeugten Gase unterscheidet sich von den Gasen des Holzes dadurch, daß die Torfkohle den Sauerstoff der Luft nicht so schnell wie die Holzkohle in Kohlenoxyd verwandelt; es besteht in dieser Hinsicht ein großer Unterschied zwischen den verschiedenen Kohlenarten. Meine Abhandlung führt näher aus, woher die beobachteten Verschiedenheiten in der wärmeerzeugenden Kraft der verschiedenen Brennstoffe rührt, namentlich der Kohks und der Holzkohle, wenn man sich ihrer auf großen Herden zu metallurgischen Zweken, oder in den Oefen der Laboratorien bedient. Die Erklärung, auf welche ich geführt wurde, weicht von der bisherigen gänzlich ab; sie beruht auf der Thatsache, daß nicht alle Brennstoffe gleich schnell die Kohlensäure in Kohlenoxyd verwandeln; je höher die Zone, wo diese Verwandlung vor sich geht, ist, desto ausgedehnter ist der Raum, wo das Maximum der Temperatur stattfindet.

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Im Kurzen scheinen mir die Hauptvortheile der Verwandlung der Brennstoffe in Gas folgende zu seyn:

1) Man kann in den von mir beschriebenen Apparaten Brennstoffe benuzen, welche sehr viele erdige Stoffe mit sich führen, und daraus Gase erhalten, deren Zusammensezung und wärmeerzeugende Kraft von der Menge der Asche beinahe unabhängig sind.

2) Die Brennstoffe mit langer Flamme, wie Holz und Torf, können in Gase umgewandelt werden, deren Verbrennung, nach der Verdichtung der flüssigen Destillationsproducte, eine viel höhere Temperatur entwikelt als die directe Verbrennung.

3) Endlich gestattet die Anwendung der Gase, den Brennstoff und die ihn verbrennende Luft mit der in den Oefen verloren gehenden Wärme zu erhizen, folglich viel höhere Temperaturen als mit Brennstoff und Luft in kaltem Zustande zu erhalten und somit bei den metallurgischen Operationen eine viel größere Quantität der erzeugten Wärme zu benuzen.

Ich werde meine Versuche auch auf die verschiedenen mineralischen Brennstoffe, vorzüglich diejenigen, welche viele erdige Bestandtheile enthalten und die Anthracite ausdehnen.

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