DE10023410A1 - Production of carbon monoxide- and hydrogen-containing treatment gas comprises forming treatment gas for catalytically converting hydrocarbon gas in catalyst retort to which heat can be fed and varied over its length - Google Patents
Production of carbon monoxide- and hydrogen-containing treatment gas comprises forming treatment gas for catalytically converting hydrocarbon gas in catalyst retort to which heat can be fed and varied over its lengthInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung und Härtung, von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, bei dem auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgases mit Kohlendioxid, Sauerstoff und/oder einem Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisch das Behandlungsgas gebildet wird, wobei die katalytische Umsetzung in einer Katalysatorretorte erfolgt. Unter dem Begriff "Sauerstoff-enthaltendes Gasgemisch" sei insbesondere Luft sowie Luft, an- oder abgereichert mit Sauerstoff zu verstehen.The invention relates to a method for producing a CO and H 2 -containing treatment gas for heat treatment, in particular carburizing and hardening, of metallic material at high temperatures, in which on the basis of the catalytic reaction of a hydrocarbon gas with carbon dioxide, oxygen and / or Oxygen-containing gas mixture, the treatment gas is formed, the catalytic reaction taking place in a catalyst retort. The term “oxygen-containing gas mixture” should be understood in particular to mean air and air enriched or depleted with oxygen.
Ferner betrifft die Erfindung einen Gasgenerator, insbesondere für die Erzeugung von CO- und H2-haltigem Behandlungsgas für die Wärmebehandlung von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, aufweisend wenigstens eine Katalysatorretorte sowie Mittel zum Beheizen zumindest von Teilbereichen der Katalysatorretorte(n).The invention further relates to a gas generator, in particular for the production of CO and H 2 -containing treatment gas for the heat treatment of metallic material at high temperatures, comprising at least one catalyst retort and means for heating at least partial areas of the catalyst retort (s).
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wärmebehandlungsanlage zur Durchführung von Wärmebehandlungsverfahren von metallischem Gut unter hohen Temperaturen, insbesondere zur Durchführung von Aufkohlungs- und Härtungsverfahren, aufweisend wenigstens einen Gasgenerator.Furthermore, the invention relates to a heat treatment plant for implementation heat treatment processes of metallic material at high temperatures, especially for performing carburizing and hardening processes at least one gas generator.
Derartige Aufkohl- und Härtungsprozesse von metallischem Gut laufen im Regelfall unter hohen Temperaturen - vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1100°C ab. Aber auch andere Wärmebehandlungsprozesse mit Temperaturen über 500°C werden in CO- und H2-beinhaltenden Atmosphären durchgeführt. Dabei wird auf der Grundlage der katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgas(gemisch)es mit Kohlendioxid das erforderliche Behandlungsgas gebildet.Such carburizing and hardening processes of metallic material usually take place at high temperatures - preferably in the range from 800 to 1100 ° C. However, other heat treatment processes with temperatures above 500 ° C are also carried out in atmospheres containing CO and H 2 . The required treatment gas is formed on the basis of the catalytic conversion of a hydrocarbon gas (mixture) with carbon dioxide.
Es ist bekannt, CO- und H2-haltige Schutz- oder Reaktionsgase aus Luft und einem
Kohlenwasserstoffgas(gemisch) - beispielsweise Erdgas oder Propan - mittels
katalytischer Umsetzung der reaktiven Bestandteile - also Sauerstoff und
beispielsweise Methan - zu bilden. Die typische Bildungsreaktion, die eine unvollstän
dige Verbrennung des Kohlenwasserstoffgas(gemisch)es darstellt, lautet hierbei wie
folgt:
It is known to form CO and H 2 -containing protective or reaction gases from air and a hydrocarbon gas (mixture) - for example natural gas or propane - by means of catalytic conversion of the reactive constituents - that is to say oxygen and for example methane. The typical formation reaction, which is an incomplete combustion of the hydrocarbon gas (mixture), is as follows:
(O2 + 4N2) + 2CH4 → 2CO + 4H2 + 4N2 (O 2 + 4N 2 ) + 2CH 4 → 2CO + 4H 2 + 4N 2
Diese Reaktion wird üblicherweise mit einem neben dem oder den Wärmebehand lungsöfen angeordneten oder direkt an das Ofengehäuse montierten, im Kernstück aus einem Katalysator bestehenden Gasgenerator bewerkstelligt. Das im Gasgenerator gebildete sog. Endogas wird im Regelfall - ggf. noch nach einem Abkühlschritt - ohne weitere Behandlung der zugehörigen Wärmebehandlungsanlage zugeführt. Ebenso ist es bekannt, das gleiche Ausgangsgasgemisch in einer, in einer Wärmebehandlungs anlage angeordneten und auf diese Weise bereits auf ein höheres Temperaturniveau versetzten, Katalysatorretorte umzusetzen; siehe beispielsweise die DE-A 23 63 709 und EP-A 0261 462.This reaction is usually carried out with a heat treatment stoves or mounted directly on the furnace housing in the core a gas generator existing catalyst accomplished. That in the gas generator The so-called endogas formed is usually - without a cooling step if necessary - without further treatment of the associated heat treatment system. Likewise it is known to use the same starting gas mixture in one, in a heat treatment plant arranged and in this way already at a higher temperature level transferred to implement catalyst retort; see for example DE-A 23 63 709 and EP-A 0261 462.
Ferner ist es bekannt, CO- und H2-haltige Behandlungs- oder Reaktionsgase aus
Kohlendioxid und wiederum einem Kohlenwasserstoffgas(gemisch) zu bilden, wobei
auch hier im Regelfall die Schutzgasbildung durch eine Katalysatoreinheit unterstützt
wird. Typische Bildungsreaktionen für die Atmosphärenbereitstellung auf CO2-Basis
lauten beispielsweise:
It is also known to form CO and H 2 -containing treatment or reaction gases from carbon dioxide and in turn a hydrocarbon gas (mixture), with the protective gas formation also being supported here as a rule by a catalyst unit. Typical formation reactions for the provision of atmosphere on a CO 2 basis are, for example:
2CO2 + 2CH4 → 4CO + 4H2
3CO2 + C3H8 → 6CO + 4H2 2CO 2 + 2CH 4 → 4CO + 4H 2
3CO 2 + C 3 H 8 → 6CO + 4H 2
Diese Reaktionen ergeben Atmosphären, die verglichen mit dem vorgenannten Endogas deutlich erhöhte Anteile an Kohlenmonoxid und zudem keinen Stickstoffgehalt aufweisen. Insbesondere für Aufkohlungsprozesse bietet dies Vorteile, nämlich eine hohe Kohlenstoffübergangszahl.These reactions result in atmospheres compared to the above Endogas significantly increased levels of carbon monoxide and also none Have nitrogen content. This offers advantages in particular for carburizing processes, namely a high carbon transition number.
Bei neueren Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Reaktions- bzw. Behandlungsgases wird anstelle des Kohlendioxids oder zusätzlich zu dem Kohlendioxid Sauerstoff zugemischt. Bereits durch eine relativ geringfügige und wohldosierte Zugabe von Sauerstoff kann der Energiebedarf bei der Behandlungsgaserzeugung deutlich reduziert und zudem die Qualität der entstehenden Atmosphäre, insbesondere im Hinblick auf deren Aufkohlungswirkung, beibehalten werden.In newer processes for generating a CO and H 2 -containing reaction or treatment gas, oxygen is added instead of or in addition to the carbon dioxide. Even a relatively small and well-dosed addition of oxygen can significantly reduce the energy requirement in the treatment gas generation and also maintain the quality of the atmosphere, in particular with regard to its carburizing effect.
Die bekannten Gasgeneratoren zur Erzeugung derartiger Reaktions- oder Schutzgasatmosphären für die Wärmebehandlung von Metallen bestehen aus einer hochwarmfesten metallischen Retortenhülle, in die das katalytisch wirkende Material in Form von Schüttgut eingefüllt ist. Die so befüllte Katalysatorretorte wird mittels entsprechender Heizvorrichtungen von außen und/oder innen aufge- bzw. beheizt und bei kontinuierlicher Energiezufuhr auf der gewünschten Betriebstemperatur gehalten.The known gas generators for generating such reaction or Protective gas atmospheres for the heat treatment of metals consist of one highly heat-resistant metallic test tube into which the catalytically active material is placed Form of bulk material is filled. The catalyst retort filled in this way is by means of corresponding heaters from the outside and / or heated and heated inside kept at the desired operating temperature with continuous energy supply.
Derartige Gasgeneratoren erzeugen in der industriellen Wärmebehandlung zwischen ca. 8 und 300 Nm3/h Reaktionsgas.Gas generators of this type generate between 8 and 300 Nm 3 / h of reaction gas in industrial heat treatment.
Nachteilig bei den bekannten Gasgeneratorkonstruktionen ist jedoch, daß die Energie- bzw. Wärmezufuhr in die Katalysatorretorte nicht selektiv erfolgt. Dies führt dazu, daß bestimmte Bereiche der Katalysatorretorte mit zu wenig Energie "versorgt" werden, während anderen Bereichen der Katalysatorretorte unter Umständen zuviel Wärme zugeführt wird. Ein Zuwenig an Wärme fördert beispielsweise die Verrußung des Katalysatorbettes - was tunlichst vermieden werden sollte -, da dadurch zumindest ein Regenerieren der Katalysatorretorte erforderlich wird oder die gesamte Retorte ausgetauscht werden muss. Ein Zuviel an Wärme erhöht dagegen den Verschleiss erheblich und vermindert die Lebensdauer von Retorte und katalytischem Material.A disadvantage of the known gas generator designs, however, is that the energy or heat is not selectively applied to the catalyst retort. This leads to certain areas of the catalyst retort are "supplied" with too little energy, too much heat may be present in other areas of the catalyst retort is fed. Too little heat promotes sooting of the Catalyst bed - which should be avoided as far as possible - because this is at least one Regenerating the catalyst retort becomes necessary or the entire retort needs to be replaced. Too much heat, on the other hand, increases wear considerably and reduces the lifespan of retort and catalytic material.
Insbesondere bei neueren Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung von metallischem Gut - bei denen auch Kohlendioxid und/oder Sauerstoff dem Katalysator zugeführt wird - kommt es aufgrund einer veränderten Reaktionskinetik und eines deutlich höheren Energiebedarfs zu einem schnelleren Verrußen des Katalysatorbettes. Dies hat zur Folge, dass das verwendete Katalysatormaterial in kürzeren Zeitabständen ausgetauscht werden muss.Particularly in the case of newer processes for producing a CO and H 2 -containing treatment gas for the heat treatment of metallic material - in which carbon dioxide and / or oxygen is also added to the catalyst - there is a faster sooting due to a changed reaction kinetics and a significantly higher energy requirement of the catalyst bed. The consequence of this is that the catalyst material used has to be replaced at shorter intervals.
Die Prozedur des Austauschens von Katalysatormaterial ist jedoch vergleichsweise aufwendig, da dazu im Regelfall die Anlage abgefahren und der Katalysator ausgebaut werden muss, bevor ein Austausch des Katalysatormateriales möglich ist. However, the procedure for replacing catalyst material is comparative expensive because the system is usually shut down and the catalytic converter removed must be done before the catalyst material can be replaced.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung anzugeben, bei dem eine optimierte Zuführung der Wärmeenergie in die Katalysatorretorte hinsichtlich der Eignung des entstehenden Gases für die Anforderungen des Wärmebehandlungsprozesses möglich ist. Zudem soll die Tendenz zur Verrußung des Katalysators verringert werden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Gasgenerator anzugeben, der für die Realisierung des genannten Verfahrens geeignet ist.The object of the present invention is to provide a method for producing a CO and H 2 -containing treatment gas for the heat treatment, in which an optimized supply of the thermal energy into the catalyst retort is possible with regard to the suitability of the resulting gas for the requirements of the heat treatment process. In addition, the tendency to soot the catalyst should be reduced. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a generic gas generator which is suitable for realizing the method mentioned.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung dadurch gelöst, dass die Wärmezufuhr über die Länge der Katalysatorretorte variiert werden kann.This object is achieved in the process according to the invention for producing a treatment gas containing CO and H 2 for the heat treatment in that the heat supply can be varied over the length of the catalyst retort.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung ist es nun möglich, die Energie- bzw. Wärmezufuhr an die energetischen Erfordernisse innerhalb der Katalysatorretorte - die sich an der Zusammensetzung der umzusetzenden Gase orientieren - anzupassen.By means of the method according to the invention for producing a treatment gas containing CO and H 2 for the heat treatment, it is now possible to adapt the energy or heat supply to the energy requirements within the catalyst retort - which are based on the composition of the gases to be converted.
Entsprechend einer vorteilhaften Asugestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmezufuhr in dem in der Strömungsrichtung hinteren Bereich der Katalysatorretorte in Abhängigkeit von einer Gasanalyse und/oder anderen Kenngrößen des nachgeschalteten Wärmebehandlungsprozesses, vorzugsweise mittels des sog. C-Pegels, geregelt und eingestellt.According to an advantageous configuration of the method according to the invention the heat supply in the rear area in the flow direction of the Catalyst retort depending on gas analysis and / or others Characteristics of the downstream heat treatment process, preferably by means of the so-called C level, regulated and set.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung in einer in wenigstens zwei Retortenbereiche aufgeteilten Katalysatorretorte erfolgt und die Wärmezufuhr über die Länge wenigstens eines der Retortenbereiche variiert werden kann.This is an advantageous embodiment of the method according to the invention characterized in that the catalytic conversion in one in at least two Retort areas divided catalyst retort takes place and the heat supply via the Length of at least one of the retort areas can be varied.
Der in der Strömungsrichtung erste Retortenbereich der Katalysatorretorte kann in diesem Fall beispielsweise der schnellen Erwärmung des Ausgangsgasgemisches und der Zuführung der notwendigen Aufheiz- sowie Reaktionsenthalpie dienen.The first retort area of the catalyst retort in the flow direction can be in this case, for example, the rapid heating of the starting gas mixture and serve to supply the necessary heating and reaction enthalpy.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bereits am Ende des ersten Retortenbereiches der Katalysatorretorte ein Gasgemisch erhalten, bei dem die reaktiven Bestandteile bereits zu wenigstens 90%, vorzugsweise bereits zu wenigstens 95% zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt sind. Als noch nicht umgesetzte Komponenten verbleiben Wasser, Kohlendioxid sowie Kohlenwasserstoffe.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention the catalyst retort is already at the end of the first retort area Obtained gas mixture in which the reactive components are already at least 90%, preferably already at least 95% carbon monoxide and hydrogen are implemented. Water remains as unreacted components, Carbon dioxide and hydrocarbons.
Der zweite Retortenbereich der aufgeteilten Katalysatorzone dient nun nicht mehr der eigentlichen Zuführung der Reaktionsenthalpie, vielmehr erfolgt in ihm über die Temperatur die Einstellung des gewünschten Kohlungspotentials des zu bildenden Reaktions- bzw. Behandlungsgases.The second retort area of the divided catalyst zone is no longer used for actual supply of the enthalpy of reaction, rather takes place in it via the Temperature the setting of the desired carburizing potential of the to be formed Reaction or treatment gas.
Das Kohlungspotential des Behandlungsgases wird durch den C-Pegel der
Ofenatmosphäre ausgedrückt. Hierbei wird ein hoher C-Pegel durch ein entsprechend
großes (p_CO)2/p_CO2-Verhältnis erreicht. Wird dieses Verhältnis jedoch zu groß
gewählt, so scheidet sich gemäß der Formel
The carbonization potential of the treatment gas is expressed by the C level of the furnace atmosphere. Here, a high C level is achieved by a correspondingly large (p_CO) 2 / p_CO 2 ratio. However, if this ratio is chosen too large, the formula will differ
2CO → C + CO2
2CO → C + CO 2
Ruß aus. Durch eine Temperaturerhöhung im Katalysator wird das (p_CO)2/pCO2- Verhältnis erhöht. Damit kann der in der Wärmebehandlungsanlage, in der eine andere für den Wärmebehandlungsprozess geeignete Temperatur eingestellt wird, wirkende C-Pegel erhöht werden. Durch eine Absenkung der Katalysatorbetttemperatur kann der in der Wärmebehandlungsanlage wirkende C-Pegel verringert werden. Die Zusammensetzung des entstehenden Gasgemisches kann nun dazu verwendet werden, die Temperatur im hinteren Retortenbereich - sofern zwei Retortenbereiche vorgesehen sind, also im zweiten Retortenbereich - zu regeln, da diese wiederum die Zusammensetzung beeinflusst.Soot. The (p_CO) 2 / pCO 2 ratio is increased by increasing the temperature in the catalyst. The C level acting in the heat treatment plant, in which another temperature suitable for the heat treatment process is set, can thus be increased. By lowering the catalyst bed temperature, the C level acting in the heat treatment system can be reduced. The composition of the resulting gas mixture can now be used to regulate the temperature in the rear retort area - if two retort areas are provided, that is to say in the second retort area - since this in turn influences the composition.
Der erfindungsgemäße Gasgenerator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Beheizen als hinsichtlich der Heizleistung variierbar ausgebildet sind.The gas generator according to the invention is characterized in that the means for Heating are designed to be variable with regard to the heating power.
Eine Anpassung der erforderlichen Heizleistung an die innerhalb der Katalysatorretorte ablaufende Reaktion ist somit möglich. Zudem kann ein- und derselbe Gasgenerator für eine Vielzahl von unterschiedlichen Reaktionen verwendet werden, da aufgrund der variierbar ausgebildeten Mittel zum Beheizen eine entsprechende Anpassung an die stattfindende Reaktion möglich ist. An adjustment of the required heating output to that within the catalyst retort ongoing reaction is possible. In addition, one and the same gas generator can be used for a variety of different reactions because of the variably designed heating means a corresponding adaptation to the reaction taking place is possible.
In vorteilhafter Weise ist die Katalysatorretorte in wenigstens zwei Retortenbereiche aufgeteilt. Mittels dieser Ausgestaltung ist eine feinere Abstimmung des Katalysatormaterials sowie der einzubringenden Heizleistung möglich.The catalyst retort is advantageously in at least two retort regions divided up. By means of this configuration, a finer tuning of the Catalyst material and the heating power to be introduced possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases, der erfindungsgemäße Gasgenerator sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Fig. 2 wird ein mögliches Temperaturprofil über die Länge der Katalysatorretorte dargestellt.The process according to the invention for producing a treatment gas containing CO and H 2 , the gas generator according to the invention and further refinements of the same are explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in FIG. 1. In FIG. 2 shows a possible temperature profile is shown on the length of the catalyst retort.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators. Dieser besteht aus einem, vorzugsweise zylindersymmetrisch aufgebauten Gehäuse 1, der in zwei Retortenbereiche 11 und 12 aufgeteilten Katalysatorretorte 2, sowie zwei Heizzonen 5 und 7, die den Retortenbereichen 11 und 12 zugeordnet sind. Fig. 1 shows a longitudinal section through a possible embodiment of the gas generator according to the invention. This consists of a, preferably cylindrically symmetrical, housing 1 , the catalyst retort 2 divided into two retort areas 11 and 12 , and two heating zones 5 and 7 , which are assigned to the retort areas 11 and 12 .
Die Heizzonen 5 und 7 sind zu dem oberen sowie unteren Gehäuserand des Gasgenerators durch entsprechende Isolierungen 9a und 9b abgegrenzt. Der Gasgenerator ist in der Ofendecke 10 eines Wärmebehandlungsofens angeordnet, so dass das entstehende CO- und H2-haltige Behandlungsgasgemisch über die Leitung bzw. den Leitungsraum 8 direkt dem Ofeninnenraum zugeführt werden kann.The heating zones 5 and 7 are delimited from the upper and lower housing edges of the gas generator by means of corresponding insulation 9 a and 9 b. The gas generator is arranged in the furnace top 10 of a heat treatment furnace, so that the resulting CO and H 2 -containing treatment gas mixture can be fed directly to the furnace interior via the line or line space 8 .
Die Heizzonen 5 und 7 können unabhängig voneinander geregelt und betrieben werden. Da der erste Retortenbereich 11 der Katalysatorretorte 2 einen größeren Energiebedarf aufweist, sind in diesem Bereich die Heizspulen bzw. Heizdrahtwicklungen 4 dichter angeordnet, um eine schnelle Erwärmung des Ausgangsgasgemisches und die Zuführung der notwendigen Aufheiz- und Reaktionsenthalpie zu gewährleisten. Hierbei kann die Dichte der Heizspulen bzw. Heizdrahtwicklungen 4 innerhalb der Heizzone 5 - wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist - variieren.Heating zones 5 and 7 can be controlled and operated independently of one another. Since the first retort area 11 of the catalyst retort 2 has a greater energy requirement, the heating coils or heating wire windings 4 are arranged more densely in this area in order to ensure rapid heating of the starting gas mixture and the supply of the necessary heating and reaction enthalpy. Here, the density of the heating coils or heating wire windings 4 within the heating zone 5 - as shown in FIG. 1 - can vary.
Über eine Zuführleitung 3 wird dem Gasgenerator das Ausgangsgasgemisch - beispielsweise ein Kohlenwasserstoffgasgemisch sowie Kohlendioxid - zugeführt. Das in der Katalysatorretorte 2 produzierte CO- und H2-haltige Behandlungsgasgemisch wird über die Leitung bzw. den Leitungsraum 8 aus dem Gasgenerator abgezogen. Dieses Gasgemisch kann, wenn ein größerer Temperaturverlust vermieden werden kann, direkt einem Wärmebehandlungsraum zugeführt werden. Alternativ dazu kann das Gasgemisch schnell auf Temperaturen unterhalb etwa 200°C abgekühlt, also gequencht werden, ohne dass sich die Zusammensetzung des Gasgemisches wesentlich ändert.The starting gas mixture - for example a hydrocarbon gas mixture and carbon dioxide - is fed to the gas generator via a feed line 3 . The treatment gas mixture containing CO and H 2 produced in the catalyst retort 2 is withdrawn from the gas generator via the line or line space 8 . If a greater temperature loss can be avoided, this gas mixture can be fed directly to a heat treatment room. Alternatively, the gas mixture can be rapidly cooled to temperatures below about 200 ° C., that is to say quenched, without the composition of the gas mixture changing significantly.
Insbesondere bei einem Ausgangsgasgemisch, das lediglich aus Kohlenwasserstoffen sowie Kohlendioxid besteht, ist die zuzuführende Heizleistung am Beginn der Heizstrecke besonders groß. Besteht das Ausgangsgasgemisch dagegen aus etwa gleichen Anteilen an Kohlendioxid, Sauerstoff und Propan, so muss der Katalysatorretorte 2 über ihre Länge die erforderliche Heizenergie gleichmäßiger zugeführt werden.In particular in the case of a starting gas mixture consisting only of hydrocarbons and carbon dioxide, the heating power to be supplied is particularly large at the beginning of the heating section. If, on the other hand, the starting gas mixture consists of approximately equal proportions of carbon dioxide, oxygen and propane, the catalyst retort 2 must be supplied with the required heating energy more uniformly over its length.
Die Ausführung bzw. Anordnung der Heizspulen oder Heizdrahtwicklungen 4 sollte anhand eines Temperaturprofils entlang der Katalysatorretorte - wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist - optimiert werden. Hierbei ist zu beachten, dass "Temperaturberge" und "Temperaturtäler" vermieden werden.The design or arrangement of the heating coils or heating wire windings 4 should be optimized on the basis of a temperature profile along the catalyst retort - as shown in FIG. 2. It should be noted here that "temperature peaks" and "temperature valleys" are avoided.
Die zweite Heizzone 7, in der ebenfalls Heizspulen bzw. Heizdrahtwicklungen 6 vorgesehen sind, dient nicht mehr der eigentlichen Zuführung der Reaktionsenthalpie, sondern dem bereits erwähnten Einstellen des Kohlungspotentials des zu erzeugenden Behandlungsgases.The second heating zone 7 , in which heating coils or heating wire windings 6 are also provided, is no longer used to actually supply the reaction enthalpy, but rather to adjust the carbonization potential of the treatment gas to be generated, as already mentioned.
In einer Vielzahl von Betriebszuständen erreichen die Temperaturen in der zweiten Heizzone 7 Werte von mehr als 1150°C. Diese hohen Temperaturen sowie geeignete Katalysatoren führen zum einen zu einer gewünschten hohen Reaktionsgeschwindigkeit und zum anderen zu einer Reaktionsgaszusammensetzung, die nahe am Reaktionsgleichgewicht liegt. Damit eine vergleichsweise hohe Langzeitbeständigkeit des Gasgenerators gewährleistet werden kann, sind insbesondere in diesem Bereich des Gasgenerators entsprechende temperaturbeständige, also vorzugsweise keramische Materialien vorzusehen. In a variety of operating conditions, the temperatures in the second heating zone 7 reach values of more than 1150 ° C. These high temperatures and suitable catalysts lead on the one hand to a desired high reaction rate and on the other hand to a reaction gas composition which is close to the reaction equilibrium. So that a comparatively high long-term stability of the gas generator can be ensured, appropriate temperature-resistant, that is to say preferably ceramic, materials must be provided in this area of the gas generator in particular.
Zweckmäßig ist eine wie in der Fig. 1 dargestellte senkrechte Anordnung des erfindungsgemäßen Gasgenerators und damit der Katalysatorretorte 2, da so eine optimale und dichte Schüttung der Retortenfüllung gewährleistet ist.A vertical arrangement of the gas generator according to the invention and thus the catalyst retort 2 as shown in FIG. 1 is expedient, since this ensures an optimal and dense filling of the retort filling.
Die bereits erwähnte Fig. 2 zeigt den Temperaturverlauf über die Länge der Katalysatorretorte 2 im Falle eines Einsatzgasgemisches, bestehend aus Kohlendioxid, Sauerstoff sowie Kohlenwasserstoffen. Hierbei wird das Einsatzgasgemisch in dem Retortenbereich 11 durch die Heizzone 5 auf ein für die Umsetzungsreaktion geeignetes Temperaturniveau gebracht, während in dem Retortenbereich 12 durch die Heizzone 7 eine Veränderung des Temperaturniveaus - zum Zwecke der Einstellung des C-Pegels - erfolgt. Die Regelung des gewünschten C-Pegels kann bspw. über eine Gasanalyse erfolgen.The already mentioned FIG. 2 shows the temperature profile over the length of the catalyst retort 2 in the case of a feed gas mixture consisting of carbon dioxide, oxygen and hydrocarbons. Here, the feed gas mixture in the retort area 11 is brought through the heating zone 5 to a temperature level suitable for the reaction, while in the retort area 12 through the heating zone 7 there is a change in the temperature level - for the purpose of setting the C level. The desired C level can be regulated, for example, using a gas analysis.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie der erfindungsgemäße Gasgenerator erlauben die Realisierung einer hoch effizienten Wärmeübertragung, so dass eine lokale Überhitzung oder Unterkühlung vermieden werden kann. Dadurch wird auch die Gefahr der Rußbildung verringert, da diese insbesondere bei zu niedrigen Temperaturen auftritt. Auch zu hohe Temperaturen am Ende des oder der Heizzonen - die die erzeugbare Reaktions- bzw. Behandlungsgasmenge begrenzen würden - können vermieden werden. Das Vorsehen einer zweiten Heizzone - die entsprechend hitzebeständig ausgeführt sein muss - gewährleistet zudem, dass das erzeugte Reaktions- bzw. Behandlungsgas eine für die Wärmebehandlung qualitativ hochwertige Atmosphäre aufweist, wobei sich seine Zusammensetzung sehr nahe am Reaktionsgleichgewicht befindet.The method according to the invention and the gas generator according to the invention allow the realization of a highly efficient heat transfer, so that a local overheating or hypothermia can be avoided. This also makes the The risk of soot formation is reduced, since this is particularly low Temperatures occurs. Too high temperatures at the end of the heating zone (s) - That would limit the amount of reaction or treatment gas that can be generated - can be avoided. The provision of a second heating zone - the corresponding must be heat-resistant - also ensures that the generated Reaction or treatment gas one qualitatively for the heat treatment has a high quality atmosphere, its composition very close to Reaction equilibrium.
Da nunmehr zudem eine Regelung des C-Pegels möglich ist, kann beispielsweise bei abgesenkter Ofentemperatur - z. B. nach dem Chargieren - die Kohlungsaktivität des Reaktionsgases durch eine entsprechende Absenkung der Temperatur im Gasgenerator angepaßt werden, ohne dass die für den vollständigen Reaktionsablauf in der Katalysatorretorte erforderliche Energie verringert werden muss.Since it is now also possible to regulate the C level, for example at reduced oven temperature - e.g. B. after charging - the carburizing activity of Reaction gas by a corresponding lowering of the temperature in the Gas generator can be adjusted without the need for complete reaction required energy in the catalyst retort must be reduced.
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