Vorrichtung zum Umformen gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoffe oder Gemischen von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoffe oder Gemischen von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere auf thermisch katalytischer Grundlage, wobei Reaktionsräume aus hitzebeständigem Material, beispielsweise keramik schem Material oder hochhitzebeständigem Chrom Nickel-Stahl, Verwendung finden. Die mit dem Erfindungsgegenstand zu lösende Aufgabe wird vor allem darin gesehen, mit einfachen baulichen Mitteln die Umformungsvorrichtung wärmewirtschaftlicher auszubilden.
Bei den bekannten Umformungsvorrichtungen verlässt das erzeugte Gasgemisch den Reaktionsraum direkt. Das hat zur Folge, dass im erzeugten Gasgemisch enthaltene fühlbare Wärme aus dem Reaktionsraum abgeführt wird Dadurch geht dem Reaktionsprozess Wärme verloren, was einen entsprechenden Mehraufwand an Heizmittel oder eine Minderung der Heizflächenleistung des Reaktors bedeutet.
Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, dass im Reaktionsraum wenigstens ein Leitorgan angeordnet ist, durch welches gasförmiges Reaktionserzeugnis im Gegenstrom zu im Gaszustand vorliegendem umzuformendem Produkt abgeführt wird. Auf diese Weise kann die im erzeugten Gasgemisch enthaltene Wärme im inneren Teil des Reaktionsraumes, der von den Heizgasen nicht unmittelbar beaufschlagt ist, dem Ausgangsgemisch zugeführt werden, und zwar entsprechend dem Wärmegefälle, das zwischen dem erzeugten Gasgemisch und dem eingeführten Ausgangsgemisch vorhanden ist. Dadurch wird der Reaktionsraum allseits weitgehend gleichmässig beheizt und somit die Wirkung der Umformungsvorrichtung in wärmewirtschaftlicher Hinsicht erheblich verbessert, d. h. der Heizmittelbedarf des Ofens wird pro cm3 erzeugten Gasgemisches verringert.
Die Umformungsvorrichtung kann einen äusseren Mantel und' mindestens ein inneres Abführungsrohr für das erzeugte Gasgemisch aufweisen, wobei der Abstand zwischen dem Mantel und dem inneren Rohr als Reaktionsraum dient und hierzu mit katalytischem Material ausgefüllt ist. Besonders vorteilhaft wäre eine Ausführung in zwei zentrisch ineinander angeordneten Rohren, deren ringförmiger Zwischenraum als vorzugsweise mit Katalysatoren gefüllter Reaktionsraum dient. Eine derartige Konstruktion wäre einfach und mit geringem baulichem Aufwand durchführbar.
Das Abführungsrohr für das erzeugte Gasgemisch kann zweckmässig mit Rippen, Wellen oder dergleichen versehen sein, um so den Effekt der Wärme übertragung zu erhöhen.
Was die Zuführung des Reaktionsgemisches zum Reaktionsraum und die Abführung des erzeugten Gasgemisches anbetrifft, so können zu diesem Zweck das Mantelrohr des Reaktionsraumes und das innere Abführungsrohr für das erzeugte Gasgemisch über den Ofen hinaus verlängert sein, wobei durch den ringförmigen Zwischenraum die Reaktionsgase zuund durch das innere Rohr das erzeugte Gasgemisch abgeführt werden, das somit das in den Ofen strömende Reaktionsgemisch vorwärmt.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und es zeigt die Figur einen Vertikalschnitt.
In der Zeichnung bedeutet 1 einen Ofen, dessen Brennraum 2 mit Hilfe eines unmittelbar unterhalb der Ofendecke angeordneten Brenners 3 heizbar ist, während die Rauchgase durch einen unmittelbar über der Ofensohle sich befindenden Anschlussstutzen 4 abgeführt werden.
In den Ofenraum 2 ragt, die Ofendecke durchbrechend, ein Rohrgebilde 5 bis 9 hinein, das bis nahezu an die Ofensohle reicht und ein äusseres Mantelrohr 5 sowie ein diesem zentrisch zugeordnetes inneres Rohr 6 von wesentlich kleinerem Querschnitt aufweist.
Hierbei ist das untere Ende des Mantelrohres 5 von einem Boden 7 verschlossen, vor dem das innere Rohr 6 mit einem derartigen Abstand endet, dass ein Durchgang 8 zu dem von den beiden Rohren 5 und 6 gebildeten Ringraum 9 entsteht. Der Raum 9 hat im Bereich seines im Ofen sich befindenden Teiles eine katalytische Füllung 10.
Die Funktion der Vorrichtung ist folgendermassen:
Die umzuformenden Kohlenwasserstoffe, die zweckmässig mit Wasserdampf und Luft gemischt sind, werden durch den Zwischenraum 9 des Rohrgebildes 5 bis 9 hindurch dem Reaktionsraum 10 zugeführt, wobei sie eine Temperatur von etwa 500-550 C haben. Nach dem Reaktionsprozess strömt das erzeugte Gasgemisch am unteren Ende des Reaktionsraumes 10 durch den Durchgang 8 hindurch in das innere Rohr 6, durch das es im Gegenstrom zu den zum Reaktionsraum fliessenden Kohlenwasserstoffen abgeführt wird. Dabei gibt das erzeugte Gasgemisch entsprechend dem Wärmegefälle einen Teil seiner fühlbaren Wärme zunächst an den Reaktionsraum ab und erwärmt zusätzlich noch das diesem zuströmende Reaktionsgemisch vor.
Die Erfindung ist auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sondern umfasst natürlich noch weitere Ausführungsmöglichkeiten. So braucht das Rohrgebilde 5 bis 9 nicht unbedingt von runder Querschnittsform zu sein, vielmehr kann auch eine andere zweckentsprechende Form Anwendung finden. Des weiteren können anstelle eines einzigen inneren Abführungsrohres auch mehrere solcher Rohre vorgesehen sein, die beispielsweise in Reihe, in Ringform oder auch vereinzelt eingebaut sind, wobei eine zentrische Anordnung der Rohre im Umfangsmantel des Reaktionsraumes nicht unbedingt erforderlich ist.
Device for converting gaseous or liquid hydrocarbons or mixtures of gaseous and liquid hydrocarbons
The invention relates to a device for forming gaseous or liquid hydrocarbons or mixtures of gaseous and liquid hydrocarbons, in particular on a thermally catalytic basis, with reaction chambers made of heat-resistant material, for example ceramic shem material or highly heat-resistant chrome-nickel steel, being used. The object to be solved with the subject matter of the invention is seen primarily in designing the forming device to be more heat-efficient with simple structural means.
In the known conversion devices, the gas mixture produced leaves the reaction space directly. As a result, sensible heat contained in the gas mixture produced is dissipated from the reaction space. As a result, heat is lost in the reaction process, which means a corresponding additional expenditure for heating means or a reduction in the heating surface output of the reactor.
According to the invention, the object set is essentially achieved in that at least one guide element is arranged in the reaction space, through which gaseous reaction product is discharged in countercurrent to the product to be reformed which is present in the gaseous state. In this way, the heat contained in the gas mixture generated can be fed to the starting mixture in the inner part of the reaction space, which is not directly exposed to the heating gases, according to the heat gradient that exists between the gas mixture generated and the starting mixture introduced. As a result, the reaction space is heated largely uniformly on all sides and thus the effect of the shaping device is considerably improved in terms of heat economy, i.e. H. the heating medium required by the furnace is reduced per cm3 of the gas mixture generated.
The shaping device can have an outer jacket and at least one inner discharge pipe for the gas mixture generated, the distance between the jacket and the inner pipe serving as a reaction space and being filled with catalytic material for this purpose. It would be particularly advantageous to have an embodiment in two tubes arranged centrally one inside the other, the annular intermediate space of which serves as a reaction space, preferably filled with catalysts. Such a construction could be carried out simply and with little structural effort.
The discharge pipe for the gas mixture generated can expediently be provided with ribs, waves or the like in order to increase the effect of the heat transfer.
As far as the supply of the reaction mixture to the reaction chamber and the discharge of the gas mixture produced are concerned, the jacket tube of the reaction chamber and the inner discharge pipe for the gas mixture produced can be extended beyond the furnace for this purpose, with the reaction gases entering through the annular space and through the inside Tube, the gas mixture generated can be discharged, which thus preheats the reaction mixture flowing into the furnace.
In the accompanying drawing, the subject matter of the invention is shown in an exemplary embodiment, and the figure shows a vertical section.
In the drawing, 1 denotes a furnace, the combustion chamber 2 of which can be heated with the aid of a burner 3 arranged directly below the furnace roof, while the flue gases are discharged through a connection piece 4 located directly above the furnace base.
A tubular structure 5 to 9 protrudes into the furnace chamber 2, breaking through the furnace roof, which extends almost to the furnace base and has an outer jacket tube 5 and an inner tube 6 centrally assigned to it of significantly smaller cross-section.
Here, the lower end of the jacket tube 5 is closed by a base 7, in front of which the inner tube 6 ends at such a distance that a passage 8 to the annular space 9 formed by the two tubes 5 and 6 is created. The space 9 has a catalytic filling 10 in the area of its part located in the furnace.
The function of the device is as follows:
The hydrocarbons to be transformed, which are suitably mixed with water vapor and air, are fed through the space 9 of the tube structure 5 to 9 to the reaction space 10, where they have a temperature of about 500-550 ° C. After the reaction process, the gas mixture generated flows at the lower end of the reaction space 10 through the passage 8 into the inner tube 6, through which it is discharged in countercurrent to the hydrocarbons flowing to the reaction space. In doing so, the gas mixture generated first gives off part of its sensible heat to the reaction space in accordance with the heat gradient and additionally preheats the reaction mixture flowing into it.
The invention is not restricted to the illustrated and described exemplary embodiment, but of course also includes other possible embodiments. Thus, the tubular structure 5 to 9 does not necessarily have to be of a round cross-sectional shape; rather, another suitable shape can be used. Furthermore, instead of a single inner discharge pipe, several such pipes can be provided, which are installed, for example, in series, in ring form or also individually, a central arrangement of the pipes in the circumferential jacket of the reaction space not being absolutely necessary.