DE1245397B - Vorrichtung zur Erhitzung eines Gases wie Wasserstoff im Fliessbettverfahren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutschem.: 18 a-15/00

Nummer: 1245397

Aktenzeichen: R 30046 VI a/18 a

Anmeldetag: 6. April 1961

Auslegetag: 27. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Gases wie Wasserstoff im Fließbettverfahren in einem Reaktionsraum mit einer wärmeisolierenden Ziegelwandung und einer die Abdichtung gewährleistenden metallischen Außenverkleidung, wobei Organe zum von unten nach oben gerichteten Gasdurchlauf und umgekehrt gerichteten Durchlauf des Fließbettmaterials vorgesehen sind. Es ist eine Vorrichtung zur elektrischen Erhitzung von Druckgasen bekannt, bei der der die Erwärmung hervorrufende Stromleiter einen großen Leitungsquerschnitt besitzt. Demzufolge ist ein besonderer Transformator zur Erhöhung der Stromstärken nötig. Weiterhin ist nachteilig, daß bei dieser Vorrichtung der Heizwiderstand in unmittelbarer Berührung mit dem Gas oder einer festen Füll- bzw. Katalysatormasse steht, die zu der Reaktion, beispielsweise der Ammoniaksynthese, erforderlich sind. Da es sich um Druckgas handelt, macht naturgemäß die Isolation an den Durchgangsstellen des Stromleiters Schwierigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste Vorrichtung der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, die einen guten Koeffizienten der Wärmeübertragung zwischen dem Heizrohr und dem Gas ergibt und eine völlige Abdichtung nach außen gewährleistet. Diese Ziele werden dadurch erreicht, daß im Reaktionsraum gleichmäßig verteilt lotrecht verlaufende Heizrohre vorgesehen sind und von der Kuppel des Reaktionsraums getragen derart bis in Nähe des das Fließbett unterstützenden Rostes frei nach unten reichen, daß das von unten durch den Rost hochströmende Gas an keiner Stelle in unmittelbarer Berührung mit dem wirksamen Teil der Heizrohre ist, sondern unter Vermittlung des Fließbettes erhitzt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird beispielsweise für die Reduktion des Eisen(II)-oxyds im Fließbett durch Wasserstoff in einem kontinuierlichen Verfahren verwendet, bei dem der Reaktor mehrere kaskadenförmig angeordnete Fließbettstufen aufweist. Das pulverförmige und heiße Eisen(II)-oxyd tritt in den Reaktor an dessen oberem Teil in die oberste Stufe ein und steigt unter der Wirkung seines Eigengewichts stufenweise und in dem Maße ab, in welchem es in pulverförmiges, metallisches Eisen reduziert wird. Aus der untersten Stufe, in welcher der Reduktionsvorgang beendet ist, tritt das reduzierte heiße und pulverförmige Eisen mit Wasserstoff imprägniert aus.

Der zur Reduktion verwendete Wasserstoff tritt heiß am unteren Teil der Vorrichtung ein und wird infolge seines Druckes von unten nach oben aufeinanderfolgend durch die Fließbettstufen gefördert, in Vorrichtung zur Erhitzung eines Gases wie
Wasserstoff im Fließbettverfahren

Anmelder:

Regie Nationale des Usines Renault,

Billancourt, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Augsburg-Göggingen, Von-EichendorS-Str. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 7. April 1960 (823 724)

welchen er sich teilweise in Wasserdampf umwandelt. Aus dem oberen Teil tritt er mit der Reaktionstemperatur und mit einem Wassergehalt aus, der etwa dem Gleichgewicht Fe-FeO bei der jeweiligen Temperatur entspricht. Dies bedeutet, daß, wenn die Reaktortemperatur 700° C beträgt, der Wassergehalt 20 bis 28 % erreichen kann. *

Wegen der sehr großen Wasserstoff-Fördermenge und der Notwendigkeit, daß bei diesem Verfahren der Wasserstoff in den Reaktor mit der Reaktionstemperatur eintreten muß, muß der trockene Wasserstoff, der durch den feuchten Wasserstoff in einem geeigneten Wärmeaustauscher vorerhitzt wird, von der Austrittstemperatur des Wärmeaustauschers von beispielsweise 456° auf die Temperatur von 700° C des isothermen Reaktors gebracht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gleichzeitig als Fließbetterhitzer und als Gaserhitzer verwendbar. Im ersteren Falle treten das Gas und das einer Reduktion zu unterziehende Gut, die in entgegengesetzter Richtung durchlaufen, mit der gleichen Temperatur von beispielsweise 700° C ein, und die Vorrichtung liefert die Reaktionswärme und die durch die Wände verlorengehende Wärme. Im zweiten Falle können die für den Umlauf des pulverförmigen Fließbettgutes vorgesehenen Rohre, die nicht verwendet werden, weggelassen werden, wobei das Gas mit einer bestimmten Temperatur von beispielsweise 456⁰C eintritt und mit einer Temperatur von 700° C austritt, das Fließbett ruht und die Wärmeenergie für die Erhitzung des Gases von 456° auf 700° C und für die Wärmeverluste durch die Wände von der Heizung geliefert wird.

709 618/387

Claims (2)

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung im senkrechten Schnitt, F i g. 2 eine Ansicht im waagerechten Schnitt nach der LinieI-I in Fig. 1, F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung im senkrechten Schnitt, F i g. 4 eine Ansicht im waagerechten Schnitt nach der Linie II-II in F i g. 3, F i g. 5 eine Ansicht eines bei der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4 verwendeten Heizrohres. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen feuerfesten Aufbau 4, der von einem metallischen Gehäuse 5 umgeben ist, das abdichtend verschweißt ist, wobei in der Mitte ein Reaktionsraum vorgesehen ist, in dem sich ein Fließbett 7 aus beispielsweise pulverförmigem Eisen(II)-oxyd oberhalb eines Rostes 10 befindet, der durch eine Stütze 11 gelagert ist, welche mittels des wärmeisolierten Bodens auf einem Untergestell 13 aufruht. Am unteren Teil der Vorrichtung ist eine Gaszufuhrleitung 12 und am oberen Teil eine Gasaustrittsleitung 2 vorgesehen. Durch den oberen Teil der Vorrichtung sind senkrechte zylindrische Heizkörper 3 geführt, die mit dem abgedichteten Gehäuse fest verbunden sind. Die Gesamtanordnung ist durch Verschweißen abgedichtet. Jeder rohrförmige Heizkörper hängt durch sein Eigengewicht senkrecht nach unten und kann sich frei ausdehnen, wobei er in das Fließbett 7 bis zum Rost 10 eingetaucht ist, den er nicht berührt, um die freie Wärmedehnung zu ermöglichen. Wenn das Gerät von zylindrischer Form ist, sind die Rohre vorzugsweise so angeordnet und regelmäßig verteilt, daß ihre Achsen einen Zylinder bilden, der zur zylindrischen feuerfesten Wand gleichachsig ist. Es kann natürlich auch eine beliebige andere Form vorgesehen werden. Wenn beispielsweise der waagerechte Schnitt der Vorrichtung rechteckig ist, ist es vorteilhaft, die Rohre so anzuordnen, daß ihre Achsen längs Flächen regelmäßig verteilt sind, die zu den senkrechten Ebenen der feuerfesten Innenwände parallel sind. In jedem Falle muß der Abstand von der Wand und der Abstand zwischen den Rohren ausreichend sein, um einen regelmäßigen Umlauf des Hießbettes ohne die Bildung von Schächten oder Hohlräumen zu ermöglichen. In dem besonderen Fall der elektrischen Heizung sind die aus einer warmfesten und vorzugsweise nichtoxydierenden Legierung hergestellten rohrförmigen Heizkörper an ihrem unteren Teil geschlossen. In ihrem Inneren ist ein Heizwiderstandsdraht, beispielsweise aus einer Nickel-Chrom-Legierung, angeordnet, der schraubenförmig auf einen isolierenden Halter aufgewickelt ist. Der schraubenförmig gewickelte Teil entspricht der Höhe des Fließbettes, an das die Wärme abgegeben werden soll. Darüber sind die elektrischen Verbindungen geradlinig, wie in Fig. 1 gezeigt. Bei der Heizung mittels Kohlenwasserstoff, wie Naturgas, sind die Rohre zu zweien gruppiert derart, daß sie U-förmig nach unten hängen, wie in Fig. 5 gezeigt, wobei das eine der beiden oberen Enden mit einem Brenner B verbunden ist, während das andere Ende mit dem Kamin verbunden ist oder frei zifr Außenluft A führt (Fig. 3). Falls die Vorrichtung als Reaktor verwendet wird und einen systematischen Umlauf des Pulvers, eines Gemisches aus Eisen(II)-oxyd und Eisen, haben soll, sind zwei Rohre vorgesehen:

1. ein senkrechtes Rohr 1 für die Gefällezufuhr des von der höheren Stufe kommenden Pulvers, welches im unteren Teil des Fließbettes mündet

2. ein senkrechtes Ableitrohr 8, das als Überlauf dient und dessen Öffnung sich in der Höhe des Fließbettspiegels befindet.

Beispielsweise können in einer solchen zylindrischen Vorrichtung mit einem Innendurchmesser von 1 m zwölf senkrechte elektrische Heizrohre oder sechs Paare von U-förmigen Rohren mit Naturgasheizung angeordnet werden. Die Rohre können einen Durchmesser von 10 cm haben und mit ihren Achsen auf einem Kreis von 70 cm Durchmesser verteilt angeordnet sein. Bei einer Höhe des Fließbettes von 1,40 m beträgt die Heizfläche 5,28 m². Bei einer Wasserstoffzufuhrmenge von 6000 m³/Stunde und einer Reaktionstemperatur von 700° C, einer Pulverzufuhr entsprechend einer Produktion von 120 t/Tag reduziertes Eisen und fünf in Kaskade angeordneten, mit Eisen(II)-oxyd belieferten Vorrichtungen, beträgt die Außentemperatur der Rohre 768 bis 770° C, was eine lange Betriebsdauer sicherstellt.

Für einen Wasserstofferhitzer von der gleichen Abmessung, der das Gas von 450° auf 700° C bei einer Fördermenge von 3000 m^a/Std. bringen soll, beträgt die Temperatur der Wandung der Rohre nur 830° C.

Die beschriebene Vorrichtung ist besonders vorteilhaft erstens infolge ihrer großen baulichen Robustheit, da die Außenhaut bzw. das Gehäuse kalt ist, zweitens infolge der freien Wärmedehnung der Heizelemente, die hängend angeordnet sind und sich nach unten ausdehnen können, und drittens wegen des guten Wärmeübergangs, der eine zu hohe Temperatur der Heizelemente verhindert.

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Erhitzung eines Gases wie Wasserstoff im Fließbettverfahren in einem Reaktionsraum mit einer wärmeisolierenden Ziegelwandung und einer die Abdichtung gewährleistenden metallischen Außenverkleidung, wobei Organe zum von unten nach oben gerichteten Gasdurchlauf und umgekehrt gerichteten Durchlauf des Fließbettmaterials vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktionsraum gleichmäßig verteilt lotrecht verlaufende Heizrohre vorgesehen sind und von der Kuppel des Reaktionsraums getragen derart bis in Nähe des das Fließbett unterstützenden Rostes frei nach unten reichen, daß das von unten durch den Rost hochströmende Gas an keiner Stelle in unmittelbarer Berührung mit dem wirksamen Teil der Heizrohre ist, sondern unter Vermittlung des Fließbettes erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 405 309;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1066 546;
USA.-Patentschrift Nr. 2 562 813.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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