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Verfahren zur Erzeugung von Stadtgas aus Wassergas auf dem Wege der Methanisierung.
Es ist bekannt, dass man Wassergas auf dem Wege der Methanisierung von Kohlenoxyd befreien kann. Man ging dabei bisher von der Konvertierung des Kohlenoxyds mit Wasserdampf in Kohlendioxyd und Wasserstoff aus und methanisierte dann dieses so gewonnene Gas. Die Konvertierung konnte dabei so weit getrieben werden, dass über die zur Methanbildung theoretisch notwendige Wasserstoffmenge ein Überschuss an Wasserstoff vorhanden war. Man bekam daher theoretisch ein Gas, welches in der Hauptsache Methan und daneben noch Wasserstoff enthält. Ging man von einem praktischen Wassergas aus, so enthielt das Endgas auch noch Stickstoff. Man war dabei stets bestrebt, die Umsetzung des Kohlenoxyds zu Methan möglichst vollständig durchzuführen, um dem Gas seine giftigen Eigenschaften zu nehmen.
Diese Methanisierungsverfahren haben den Nachteil, dass der Katalysator, mit welchem die Umsetzung vollzogen wird, in seiner Wirkung erheblich nachlässt, sobald der partiale Druck des Kohlenoxyds unter einen bestimmten Wert gesunken ist. Man benötigt grosse Mengen an Kontaktsubstanz, weil für die vorliegende Umwandlung erhebliche Oberflächen und lange Berührungszeiten erforderlich sind. Die Apparatur für die. Methansynthese muss infolge der geringen Durchströmungsgeschwindigkeiten beträchtliche Abmessungen haben, und der Verbrauch an Kontaktstoff infolge der in höherem Masse sich geltend machenden Vergiftung desselben steigt gleichfalls.
Ferner hat es sich nicht als zweckmässig herausgestellt, das entgiftete Gas ausschliesslich auf dem Wege der Umsetzung zu erzeugen und dadurch im wesentlichen Methan zu erhalten, sondern man hat das so gewonnene Gas noch mit Gasen andrer Herkunft vermischt. Dadurch wurde der Prozess aber noch umständlicher gemacht.
Aus diesen Gründen hat sich das Verfahren der Methanisierung nicht einführen können. Es wurde nun auf Grund langjähriger Beobachtungen und Versuche festgestellt, dass man zu einem wirtschaftlichen Verfahren gelangen kann, wenn man absichtlich auf die vollständige Entgiftung des Gases verzichtet.
Demzufolge wird das Verfahren nach der Erfindung unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass eine vollständige Umwandlung des Kohlenoxyds zu Methan nicht stattfindet. Das kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass man das Gas mit höherer Geschwindigkeit über die Kontaktmasse streichen lässt und damit die Berührungsdauer zwischen Gas-und Kontaktmasse kürzer werden lässt, als sie zur vollständigen Umwandlung notwendig wäre, oder man kann auch in der Weise verfahren, dass bei niedrigerer Temperatur gearbeitet wird, als die vollständige Umwandlung des Kohlenoxyds in Methan benötigt.
Mit welcher Geschwindigkeit bzw. bei welcher Temperatur man also arbeiten muss, kann festgestellt werden, indem man die Zusammensetzung des gewünschten Gases prüft. Es kann so eine Zusammensetzung des Gases erreicht werden, die im wesentlichen gleich der eines normalen Stadtgases ist und dessen Heizwert ebenfalls gleich dem des Stadtgases ist. Man braucht daher das entsprechend umgewandelte Wassergas bzw. das durch entsprechende Führung des Wassergasprozesses erhaltene Gas nicht mehr durch Zumisehung aufzubessern, sondern kann es direkt, wie es anfällt, als Stadtgas verwenden, da es die für derartiges Stadtgas erforderlichen Leistungseigenschaften besitzt.
Das Verfahren gestattet eine wesentliche Vereinfachung der Anlagen, weil man, vom Wassergas ausgehend, ohne weitere Gaserzeugung direkt zu einem lieferfähigen Stadtgas gelangt, wobei lediglich das Gas bzw. ein Teil desselben der Konvertierung zu unterwerfen oder die Wassergaserzeugung selbst durch entsprechende Führung
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des Wassergasprozesses, beispielsweise durch Kälterfahren der Wassergasanlage, entsprechend einzustellen ist. Die Umsetzungsapparate haben wesentlich kleinere Abmessungen als diejenigen, welche man bei der Durchführung der Methanisierung bis zur vollständigen Umwandlung des Kohlenoxydes benötigt. weil man nur denjenigen Teil der Reaktionsperiode ausnutzt, in welchem sich die Umsetzung mit grosser Geschwindigkeit vollzieht.
Auch bei Herabsetzung der Temperatur zur Verhinderung einer vollkommenen Umwandlung des Gases im Methan liegen die verwendeten Temperaturen noch so hoch, dass die Umsetzungsgeschwindigkeit nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Ferner ermöglicht die geringe Inanspruchnahme des Kontaktstoffes eine weit längere Ausnutzung der Kontakte und gestattet, dieselben in erheblich grösseren Zeitperioden auszuwechseln. Der Verbrauch an Kontaktstoff ist sonach geringer und die Leistung der Apparate ist grösser.
Da für den Methanisierungsprozess ein Gas mit bestimmtem Verhältnis des Kohlenoxyd-zum Wasserstoffgehalt Voraussetzung ist, wird man zweckmässig die Zusammensetzung durch die bekannte Konvertierung nach der Gleichung CO-)-HO = CO + Hz derart abändern, dass sie dem Umsetzungzweck entspricht, wozu, entsprechend der Methansynthesegleichung CO + 3 Hz = CH-)-H etwa ein Verhältnis von 50 Volumprozenten CO zu 150 Volumprozenten H erforderlich ist.
Wenn man nun den Prozess vor Beendigung der Umwandlung des Kohlenoxydes in Methan unterbricht, so erhält man ein Gas, welches nicht nur Methan, sondern auch eine ganze Reihe anderer Kohlenwasserstoffe, z. B. Äthylen, enthält. Diese Kohlenwasserstoffe tragen wesentlich zur Steigerung des Heizwertes des Gases bei und geben ihm den Charakter eines normalen Stadtgases, das beispielsweise aus Koksöfen gewonnen ist.
Das Auswaschen der Kohlensäure kann in bekannter Weise entweder im Druckwasserverfahren oder mittels Pottaschelauge oder auf einem andern Wege vorgenommen werden. In manchen Fällen wird es sich als günstig erweisen, die Kohlensäure vor dem Methanisierungsprozess mittels Druckwassers zu entfernen und das dabei unter Druck stehende Gas dem Methanisierungsprozess zuzuführen, da unter diesen Voraussetzungen die Umwandlung in ein methanreicheres Gas mit Hilfe geeigneter Katalysatoren unter Umständen wirkungsvoller zu erreichen ist.
Geht man von einem Gas aus, das an sich schon einen grossen Kohlensäuregehalt und einen im Vergleich zum Wasserstoffgehalt geringen Gehalt an Kohlenoxyd besitzt, was beispielsweise durch Kälterfahren der Wassergasanlage erreicht werden kann, so wird man von der Konvertierung absehen können, da die Volumenteile an Kohlenoxyd und Wasserstoff für die Methanisierung günstige Verhältnisse aufweisen. Aber auch in diesem Fall wird man die Kohlensäure so weit auswaschen, dass der gewünschte Heizwert erreicht wird. Dabei kommt es nicht darauf an, die Kohlensäure vollkommen zu entfernen.
Es ist vielmehr vorteilhaft, einen Teil der Kohlensäure im Gas zu belassen, da gerade die Auswaschung der letzten Reste von Kohlendioxyd aus dem Ga, se grosse Schwierigkeiten bereitet. Auch der vorgeschaltete Konvertierungsprozess kann derartig eingerichtet werden, dass mit Rücksicht auf den Heizwert des Endgases eine vollkommene Auswaschung der Kohlensäure unterbleiben kann.
Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele angegeben.
Beispiel 1 : Es sei angenommen, dass von einem Wassergas mit folgender Zusammensetzung ausgegangen wird :
EMI2.1
<tb>
<tb> Cor.... <SEP> 5%
<tb> CO..... <SEP> 40%
<tb> Ha <SEP> 50%
<tb> Ni..... <SEP> 5%.
<tb>
Dieses Gas zeigt für die Behandlung nach der Erfindung zunächst noch eine ungünstige Zusammensetzung, so dass es zunächst konvertiert werden muss. Es sei angenommen, dass 38 Teile CO des Ausgangs-
EMI2.2
Es entstehen dann neu 38 Teile CO2 und 38 Teile H2, während der CO-Gehalt auf zwei Teile heruntergeht, so dass das Gas nunmehr eine Zusammensetzung zeigt von :
EMI2.3
<tb>
<tb> 43 <SEP> Teilen <SEP> CO2
<tb> 2 <SEP> Teilen <SEP> CO
<tb> 88 <SEP> Teilen <SEP> H2
<tb> 5 <SEP> Teilen <SEP> N2-
<tb>
Dieses Gas wird dann weiterhin derart behandelt, dass der CO-Anteil bis auf ungefähr 2% ausgewaschen wird. Das Gas würde dann eine Zusammensetzung von :
EMI2.4
<tb>
<tb> 2 <SEP> Teilen <SEP> CO2
<tb> 2 <SEP> Teilen <SEP> CO
<tb> 88 <SEP> Teilen <SEP> H2
<tb> 5 <SEP> Teilen <SEP> N2
<tb>
zeigen.
Diesem Gas können vor der Methanisierung ungefähr 300 Baumteile Wassergas zugesetzt werden, so dass der nachfolgende Methanisierungsprozess, wenn er in bestimmten Grenzen gehalten wird, einen
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gewünschten Heizwert des Endgases ergibt. Nach Zusatz von 300 Raumteilen Wassergas würde das Gas ungefähr folgende Zusammensetzung haben :
EMI3.1
<tb>
<tb> 17 <SEP> Teile <SEP> CO2
<tb> 122 <SEP> Teile <SEP> CO
<tb> 238 <SEP> Teile <SEP> H2
<tb> 20 <SEP> Teile <SEP> N2.
<tb>
EMI3.2
ein Gas. welches
EMI3.3
<tb>
<tb> 17 <SEP> Teile <SEP> CO2
<tb> 65 <SEP> Teile <SEP> CO
<tb> 67 <SEP> Teile <SEP> H2
<tb> 20 <SEP> Teile <SEP> N2
<tb> 57 <SEP> Teile <SEP> CH4
<tb> besitzt <SEP> oder <SEP> in <SEP> Prozenten <SEP> ausgerechnet <SEP> :
<tb> 7-6% <SEP> CO2
<tb> 28'7% <SEP> CO
<tb> 29-6% <SEP> H2
<tb> 8-9% <SEP> N,
<tb> 25-2% <SEP> CH4.
<tb>
EMI3.4
Heizwert von rund 4200 WE/m3.
Beispiel 2 : Geht man von einem Wassergas aus, das von vornherein einen grösseren CO2-Gehalt besitzt, was man z. B. durch Kälterfahren der Wassergasanlage erreichen kann, so ist es möglich, den Prozess der Umwandlung des Gases in ein heizkräftigeres Gas etwas zu vereinfachen. Das Ausgangsgas habe folgende Zusammensetzung :
EMI3.5
<tb>
<tb> 19 <SEP> Teile <SEP> CO2
<tb> 19 <SEP> Teile <SEP> CO
<tb> 57 <SEP> Teile <SEP> H2
<tb> 5 <SEP> Teile <SEP> N2.
<tb>
Wird hiebei das Kohlendioxyd bis auf ungefähr 2% ausgewaschen, so erhält man ein Gas, das noch
EMI3.6
<tb>
<tb> 2 <SEP> Teile <SEP> CO2
<tb> 19 <SEP> Teile <SEP> CO
<tb> 57 <SEP> Teile <SEP> H2
<tb> 5 <SEP> Teile <SEP> N2
<tb>
enthält.
Dieses Gas eignet sich in seiner Zusammensetzung auch ohne Beimischung des ursprünglichen Wassergases zur Metallisierung. Es sei angenommen, dass die Methanisierung so weit durchgesetzt wird, dass 12 Teile CO vollständig umgesetzt werden. Das Gas erhält dann eine Zusammensetzung von :
EMI3.7
<tb>
<tb> 2 <SEP> Teilen <SEP> CO2
<tb> 7 <SEP> Teilen <SEP> CO
<tb> 21 <SEP> Teilen <SEP> H,
<tb> 5 <SEP> Teilen <SEP> N,
<tb> 12 <SEP> Teilende
<tb> oder <SEP> in <SEP> Prozenten <SEP> ausgerechnet <SEP> :
<tb> 4#3% <SEP> CO2
<tb> 14-8% <SEP> CO
<tb> 44-6% <SEP> H,
<tb> 10-6% <SEP> N,
<tb> 25-7% <SEP> CH,.
<tb>
Dieses Gas ergibt einen Heizwert von 4245 WE/m3. In entsprechender Weise kann auch ein sogenanntes Kohlenwassergas behandelt werden.