DE19621036C2 - Device for generating endogas - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Endogas nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen mit einer derartigen Vorrichtung versehenen Ofen.The invention relates to a device for Generation of endogas according to the generic term of Claim 1 and one with such Device provided oven.
Unter Verwendung eines Nickelkatalysators kann mit einer Vorrichtung der oben angegebenen Art aus einem Gasgemisch, das aus Erdgas und Luft im Verhältnis von ca. 1,0 : 2,5 gebildet ist, bei einer Temperatur von etwa 1000° bis 1050°C im Bereich des Nickelkatalysators ein aus ca. 20 Vol.-% CO, 40 Vol.-%. H2 und einem im wesentlichen aus Stickstoff und geringen Anteilen CO2 CH4 sowie H2O bestehenden Rest gebildetes Reaktionsgas erzeugt werden. Ein derartiges Reaktionsgas wird beispielsweise als Additiv für eine Schutzgaszusammensetzung in einem Ofen zum Glühen von Stählen benötigt, um die Ofenatmosphäre an die Stäh le, insbesondere deren Kohlenstoffgehalt anzupassen. Dabei ist zu beachten, daß das Schutzgas ab einem Wasserstoffgehalt von etwa 4 Vol.-% brennbar ist und daher eine entsprechende Sicher heitsausrüstung für den Ofen benötigt wird. Diesbezüglich kann der Wasserstoff beispielsweise an der Ofeneinlauf- und/oder Aus laufseite als Flammenvorhang abgefackelt werden.Using a nickel catalyst, a device of the type specified above can be used from a gas mixture formed from natural gas and air in the ratio of approximately 1.0: 2.5 at a temperature of approximately 1000 ° to 1050 ° C. in the range of Nickel catalyst from about 20 vol .-% CO, 40 vol .-%. H2 and a reaction gas essentially consisting of nitrogen and small amounts of CO 2 CH 4 and H 2 O are generated. Such a reaction gas is required, for example, as an additive for a protective gas composition in a furnace for annealing steels in order to adapt the furnace atmosphere to the steels, in particular their carbon content. It should be noted that the protective gas is flammable from a hydrogen content of about 4 vol .-% and therefore appropriate safety equipment is required for the furnace. In this regard, the hydrogen can be flared as a flame curtain, for example, on the furnace inlet and / or outlet side.
Zur Vermeidung einer Rußbildung in der Reaktionsretorte muß das Mengenverhältnis von Erdgas zur Verbrennungsluft in dem umzusetzenden Gasgemisch so eingestellt werden, daß für jedes Kohlenstoffatom ein Sauerstoffatom zur Verfügung steht. Schon der geringste Sauerstoffmangel in dem Gasgemisch führt zu einer unvollständigen Umsetzung der Kohlenstoffatome zu CO, was eine sofortige Rußbildung zum Ergebnis hat. Daher erfolgt die Um setzung üblicherweise unter einem geringen Sauerstoffüberschuß, der zur Bildung entsprechend geringer Mengen CO2 und H2O führt.In order to avoid the formation of soot in the reaction retort, the ratio of natural gas to combustion air in the gas mixture to be converted must be adjusted so that one oxygen atom is available for each carbon atom. Even the slightest lack of oxygen in the gas mixture leads to incomplete conversion of the carbon atoms to CO, which results in immediate soot formation. Therefore, the implementation usually takes place under a slight excess of oxygen, which leads to the formation of correspondingly small amounts of CO 2 and H 2 O.
Wie vorstehend erläutert, kann mit einer Reaktionsre torte der eingangs angegebenen Art unter Verwendung ver gleichsweise preiswerter Ausgangsstoffe ein hochwertiges Reak tionsgas hergestellt werden. Dabei können mit dem oben an gegebenen Erdgas/Luft-Verhältnis aus etwa 10 Nm3 (Kubikmeter un ter Normalbedingungen) Erdgas und 2,5 Nm3 Luft etwa 5,0 Nm3 des Reaktionsgases erhalten werden.As explained above, a high-quality reaction gas can be produced with a reaction pie of the type specified at the beginning using comparatively inexpensive starting materials. It can be obtained with the natural gas / air ratio given above from about 10 Nm 3 (cubic meters under normal conditions) natural gas and 2.5 Nm 3 air about 5.0 Nm 3 of the reaction gas.
Aus der Summe der Reaktionsenthalpien der bei der vor stehend beschriebenen Umsetzung ablaufenden Reaktionen ergibt sich, daß der Reaktionsablauf insgesamt schwach endotherm ist. Bei dem aus Erdgas und Luft erhaltenen Reaktionsgas handelt es sich also um ein sogenanntes Endogas. Zur Aufrechterhaltung der zur Umsetzung erforderlichen Katalysator-Temperatur von mehr als 1000°C muß dem Katalysator folglich ständig Energie zugeführt werden. Die Menge der zuzuführenden Energie beträgt bei der in Rede stehenden Umsetzung etwa 0,25 bis 0,30 kW pro Nm3 Endogas und wird üblicherweise durch eine kontinuierliche Beheizung der im Reaktionsbehälter aufgenommenen Katalysatorfüllung zugeführt. From the sum of the enthalpies of reaction of the reactions taking place in the reaction described above, it follows that the overall course of the reaction is weakly endothermic. The reaction gas obtained from natural gas and air is therefore a so-called endogas. In order to maintain the catalyst temperature required for the reaction of more than 1000 ° C., the catalyst must therefore be continuously supplied with energy. The amount of energy to be supplied in the conversion in question is approximately 0.25 to 0.30 kW per Nm 3 of endogas and is usually supplied by continuous heating of the catalyst charge accommodated in the reaction container.
Im Hinblick auf den Erhalt einer gleichbleibenden Reaktionsgas zusammensetzung ist dabei eine möglichst gleichmäßige Verteilung der erforderlichen Reaktionstemperatur über den gesamten Bereich der Katalysatorfüllung, in dem die einzelnen Reaktionen der Um setzung stattfinden, besonders wichtig.With a view to obtaining a constant reaction gas The composition is an even distribution the required reaction temperature over the entire range the catalyst filling, in which the individual reactions of the order take place, particularly important.
Bei bekannten Endogasgeneratoren wird die Reaktionsre torte dazu vertikal in eine Heizkammer eingebaut und von außen beheizt. Das mit der Umsetzung erhaltene Endogas wird durch die Auslaßöffnung aus der Reaktionsretorte abgeleitet und nach Aus tritt aus der Heizkammer sofort auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend kann es dann dem üblicherweise im wesentlichen aus Stickstoff bestehenden Schutzgas im Glühofen beigemischt werden.In known endogas generators, the reaction is For this purpose, the cake is installed vertically in a heating chamber and from the outside heated. The endogas obtained with the reaction is by the Exhaust port derived from the reaction retort and after Aus emerges from the heating chamber immediately cooled to room temperature. Subsequently, it can then usually consist essentially of Nitrogen existing protective gas in the annealing furnace.
Bei neueren Verfahren wird die Reaktionsretorte direkt im Ofenraum des Glühofens installiert und das erzeugte Endogas wird im heißen Zustand sofort genutzt. Dadurch kann die zuvor benötigte separate Heizkammer eingespart werden. Ferner wird der Energieverbrauch des gesamten Verfahrens dadurch gesenkt, weil das Endogas nicht erst auf Raumtemperatur gekühlt und an schließend wieder auf die Betriebstemperatur des Ofens auf geheizt werden muß. Dadurch ergibt sich insgesamt ein erheb licher Kostenvorteil. Die Beheizung der Katalysatorfüllung er folgt bei diesem Verfahren gleichzeitig mit der Beheizung des Ofens. Folglich wird der Reaktionsablauf und damit die Zu sammensetzung des Endogases von der Ofentemperatur bestimmt. Falls die Ofentemperatur Schwankungen unterliegt oder die zum Glühen der Stähle gewünschte Temperatur nicht der zur Umsetzung des Gasgemischs in der Reaktionsretorte benötigten Temperatur entspricht, wird mit diesem Verfahren ein Endogas mit einer schwankenden oder insgesamt unbrauchbaren Zusammensetzung erhal ten.With newer procedures, the reaction retort becomes direct installed in the furnace chamber of the annealing furnace and the generated endogas is used immediately when hot. This allows the previously required separate heating chamber can be saved. Furthermore, the Energy consumption of the entire process is reduced because the endogas is not cooled to room temperature and on then close to the operating temperature of the furnace must be heated. This results in an overall increase cost advantage. Heating the catalyst filling follows in this process simultaneously with the heating of the Oven. Consequently, the course of the reaction and thus the Zu composition of the endogas determined by the furnace temperature. If the furnace temperature is subject to fluctuations or the Annealing the steels desired temperature not the one for implementation the temperature of the gas mixture in the reaction retort corresponds to an endogas with a fluctuating or altogether unusable composition ten.
Zur Behebung dieses Mangels wurden Endogas-Reaktionsre torten in Form eines Mantelstrahlheizrohrs entwickelt, in deren innersten Mantelrohr sich eine Erdgas-Brennerlanze zur zu sätzlichen Beheizung der Katalysatorfüllung und damit zur Ein stellung der Katalysatortemperatur auf einen gewünschten Wert erzeugbar ist. Die Abgase der Retortenbeheizung dürfen nicht in den Ofenraum des Glühofens gelangen. Daher muß die Rückführung der Rauchgase der Brennerlanze innerhalb der Retorte erfolgen. Dazu wird ein dreiwandiges, hochhitzebeständiges Mantelstrahlrohr benötigt, das gasdicht ist und eine Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der einzelnen Rohre gewährleisten muß. Das hat eine komplizierte und äußerst empfindliche Konstruktion der Retorte zum Ergebnis.To remedy this deficiency, endogas reaction pies developed in the form of a jacket radiant tube, in their innermost casing pipe to a natural gas burner lance additional heating of the catalyst filling and thus for on setting the catalyst temperature to a desired value can be generated. The exhaust gases from the retort heating may do not get into the furnace of the annealing furnace. Therefore, the Recirculation of the smoke gases from the burner lance within the Retort. For this, a three-walled highly heat-resistant jacket pipe needed is gastight and a compensation of the different Must ensure thermal expansion of the individual pipes. That has a complicated and extremely sensitive Construction of the retort to the result.
Zudem haben die Abgase der Beheizung beim Verlassen der Reaktionsretorte noch eine Temperatur von etwa 1000°C und werden mit diesem Wärmeinhalt aus dem Ofenraum des Glühofens abgeleitet, was eine erhebliche Verminderung der durch den Einbau der Reaktionsretorte in den Ofenraum erhaltenen Energieeinsparung zur Folge hat. Schließlich hat es sich gezeigt, daß die mit der Reaktionsretorte in Form eines Mantelstrahlheizrohrs erzielte Zusammensetzung trotz der zusätzlichen Steuerung der Katalysatortemperatur durch die zusätzliche Beheizung im allgemeinen nicht der gewünschten Zusammensetzung entspricht.In addition, the exhaust gases from the heating have on leaving the reaction retort still has a temperature of about 1000 ° C and with this heat content from the furnace room of the Annealing furnace derived, which is a significant reduction in the by installing the reaction retort in the furnace chamber energy saving obtained. After all it has been shown that the reaction retort in the form of a jacket radiant tube despite the composition the additional control of the catalyst temperature the additional heating in general not the corresponds to the desired composition.
Angesicht dieser Probleme im Stand der Technik wurde in der WO 80/1065 A, von der der Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgeht, vorgeschlagen, die zum Erwärmen von Katalysatorfüllung dienende Heizeinrichtung in Form eines elektrischen Widerstandsheizelements zu bilden.Given these problems in the prior art in WO 80/1065 A, of which the preamble of Starting claim 1, proposed that for heating heater in the form of catalyst filling to form an electrical resistance heating element.
Mit einem derartigen Widerstandsheizelement kann die Temperatur der Katalysatorfüllung ohne Erzeugung unerwünschter Nebenprodukte, wie etwa Rauchgase, gesteuert werden. Folglich kann das Widerstandsheizelement ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand in dem Reaktionsbehälter angeordnet werden. Ferner kann die gesamte mit dem elektrischen Widerstandsheizelement erzeugte Wärmemenge an die Katalysatorfüllung abgegeben werden, weil keine Nebenprodukte entstehen, deren Abführung zu einer Verringerung der an die Katalysatorfüllung abgebbaren Wärmemenge führt. Schließlich kann der Temperaturverlauf in der Katalysatorfüllung mit dem im Reaktionsbehälter angeordneten elektrischen Widerstandsheizelement einfacher gesteuert werden als mit der zuvor benutzten Erdgas- Brennerlanze. Daher kann die gewünschte Reaktionsgaszusammensetzung mit der erfindungsgemäßen Reaktionsretorte selbst im Ofenraum eines Glühofens mit schwankender Ofentemperatur zufriedenstellend eingehalten werden.With such a resistance heating element Catalyst fill temperature without generation undesired by-products, such as flue gases, controlled become. Consequently, the resistance heating element can be without additional design effort in the reaction vessel to be ordered. Furthermore, the whole with the electrical resistance heating element generated amount of heat the catalyst charge are given because none By-products arise, their removal to a Reduction of the deliverable to the catalyst filling Amount of heat leads. Finally, the temperature history in the catalyst filling with that in the reaction vessel arranged electrical resistance heating element easier controlled than with the previously used natural gas Burner lance. Therefore, the one you want Reaction gas composition with the invention Reaction retort even in the furnace chamber of an annealing furnace fluctuating furnace temperature satisfactorily observed become.
Der Reaktionsbehälter der bekannten Reaqktionsretorte weist die Form eines im wesentlichen zylindrischen Rohres auf, wobei die Einlaßöffnung an einem Ende des Rohres und die Auslaßöffnung am anderen Ende des Rohres angeordnet ist und das Widerstandsheizelement sich im Zentrum des Rohres im wesentlichen längs dessen Zylinderachse erstreckt. Bei dieser Anordnung wird zwischen dem Widerstandsheizelement und der Außenwand des Reaktionsbehälters, d. h. dem Rohrmantel, ein ringförmiger Spalt gebildet, der zur Aufnahme der Katalysatorfüllung benutzt werden kann. Eine so in dem Reaktionsbehälter aufgenommene Katalysatorfüllung ist bezüglich der Zylinderachse und daher auch bezüglich des Widerstandsheizelementes im wesentlichen symmetrisch verteilt. Daher kann mit dieser Anordnung eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung in der Katalysatorfüllung erreicht werden. Schließlich ist das Widerstandsheizelement bei dieser Anordnung nahezu vollständig in der Katalysatorfüllung eingebettet, wodurch der Wirkungsgrad der Übertragung der mit dem Widerstandsheizelement erzeugten Wärme an die Katalysatorfüllung erhöht werden kann. Das hat eine weitere Verringerung des Energiebedarfs bei der Endogaserzeugung mit der erfindungsgemäßen Reaktionsretorte zum Ergebnis.The reaction vessel of the known Reaction retort is essentially in the form of a cylindrical tube, the inlet opening on a End of the tube and the outlet opening at the other end of the Tube is arranged and the resistance heating element itself in the center of the tube essentially along it Cylinder axis extends. With this arrangement, between the resistance heating element and the outer wall of the Reaction vessel, d. H. the tubular jacket, an annular one Gap formed to accommodate the catalyst filling can be used. One in the reaction vessel recorded catalyst charge is in terms of Cylinder axis and therefore also with respect to the Resistance heating element essentially symmetrical distributed. Therefore, this arrangement can be a special one uniform temperature distribution in the catalyst filling can be achieved. After all, that is Resistance heating element in this arrangement almost completely embedded in the catalyst filling, whereby the efficiency of transferring the with the Resistance heating element generated heat to the Catalyst filling can be increased. That has one further reducing energy consumption at the Endogas generation with the reaction retort according to the invention to the result.
Mit der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen erfindungsgemässen Weiterbildung der bekannten Vorrichtung wird nunmehr eine weitere Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Temperaturverlaufs in der Katalysatorfüllung erreicht. Mit dieser Anordnung kann die Heizleistung des Widerstandsheizelementes über die Länge des Reaktionsbehälters an den Reaktionsablauf bei der Endogaserzeugung angepaßt werden.With the in the characterizing part of the claim 1 specified further development of the known device is now another Improve the uniformity of the temperature profile in reached the catalyst filling. With this arrangement the heating power of the resistance heating element over the Length of the reaction vessel to the course of the reaction at Endogas production can be adjusted.
Eine Analyse der oben angegebenen Umsetzung von Erdgas und Luft zu Endogas hat ergeben, daß die Gasreaktion in zwei Stufen abläuft. In der ersten Stufe unmittelbar nach Eintritt des Gasgemischs in den Katalysator tritt eine heftig exotherme Reaktion auf, während die danach ablaufende Stufe endotherm ist. Zum Erhalt einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über die gesamte Katalysatorfüllung ist es daher besonders vorteilhaft, wenn das Heizelement zur Schaffung einer im wesentlichen davon unbeeinflußten Reaktionszone im Bereich der Einlaßöffnung, also dort, wo die stark exotherme Reaktion der ersten Stufe der Umsetzung stattfindet, in einem Abstand von der Einlaßöffnung angeordnet ist.An analysis of the above implementation of Natural gas and air to endogas have shown that the gas reaction takes place in two stages. Immediately in the first stage after the gas mixture has entered the catalyst, one occurs violently exothermic reaction during which afterwards running stage is endothermic. To receive one uniform temperature distribution over the entire It is therefore particularly advantageous to charge the catalyst if the heating element to create one essentially of it unaffected reaction zone in the area of the inlet opening, where the highly exothermic reaction of the first stage the implementation takes place at a distance from the Inlet opening is arranged.
Bei der oben erwähnten Analyse des Reaktionsablaufs bei der Endogaserzeugung hat es sich gezeigt, daß die erste Stufe mit der darin auftretenden heftig exothermen Reaktion im allgemeinen über eine Länge von etwa 20% der Katalysatorfüllung abläuft. Daher ist es zur Anpassung der Beheizung der Katalysatorfüllung an den Reaktionsablauf besonders zweckmäßig, wenn sich das Widerstandsheizelement von der Auslaßöffnung nur über etwa 80% der Länge des Rohrs zwischen der Auslaßöffnung und der Einlaßöffnung erstreckt. In the above-mentioned analysis of the course of the reaction in the generation of endogas, it has been shown that the first Stage with the violently exothermic reaction occurring therein generally over a length of about 20% of the Catalyst filling expires. Therefore it is to adapt the Heating the catalyst filling to the reaction process particularly useful if the resistance heating element from the outlet opening only about 80% of the length of the pipe extends between the outlet opening and the inlet opening.
Wenn das Widerstandsheizelement ein sich längs der Zy linderachse erstreckendes Schutzrohr aus hitzebeständigem Ma terial und einen darin aufgenommenen Heizwiderstand aufweist, können Beschädigungen des Widerstandsheizelementes verhindert und die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Reaktionsretorte erhöht werden.If the resistance heating element extends along the zy protective tube made of heat-resistant material material and has a heating resistor incorporated therein, can prevent damage to the resistance heating element and the reliability of the reaction retort according to the invention increase.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses in dem Schutzrohr ist es besonders zweckmäßig, wenn der Heizwiderstand mit einer elek trisch isolierenden, vorzugsweise keramischen Halterung am Schutzrohr festgelegt ist.To avoid a short circuit in the protective tube it is particularly useful if the heating resistor with an elec trically insulating, preferably ceramic holder on Protective tube is fixed.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Einhaltung der vorgegebenen Reaktionsgaszusammensetzung kann erreicht wer den, wenn die Heizeinrichtung einen in dem Behälter angeordneten Temperaturfühler und eine damit verbundene Einrichtung zum Re geln der Heizleistung des Widerstandsheizelementes aufweist. Mit dieser Anordnung kann die Temperatur der Katalysatorfüllung überwacht und bei Schwankungen der Ofentemperatur durch eine entsprechende Regelung der Heizleistung konstantgehalten werden, um so eine Stabilisierung der Reaktionsgaszusammensetzung zu er reichen.Another improvement in compliance the specified reaction gas composition can be achieved the when the heater is placed in the container Temperature sensor and an associated device for re the heating power of the resistance heating element. With this arrangement can control the temperature of the catalyst charge monitored and in the event of fluctuations in the furnace temperature by a appropriate control of the heating output can be kept constant, so as to stabilize the reaction gas composition pass.
Eine weitere Stabilisierung der Reaktionsgaszusammen setzung kann erreicht werden, wenn das Endogas aus der Reak tionsretorte einen Gasanalysator zur Bestimmung seiner Zusam mensetzung zuführbar ist, der mit einer Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des eingeleiteten Gasgemischs verbunden ist.Another stabilization of the reaction gas together Settlement can be achieved when the endogas from the reac tion retort a gas analyzer to determine its composition can be supplied with a device for regulating is connected to the composition of the introduced gas mixture.
Wenn die erfindungsgemäße Reaktionsretorte mit einem im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Reaktionsrohr so in einer Wärmebehandlungsofenanlage, wie etwa einer Anlage zur Be wirkung von Löt- und/oder Neutralvergütungsprozessen oder einem Glühofen eingebaut ist, daß sie sich im wesentlichen in ho rizontaler Richtung erstreckt, ist es besonders zweckmäßig, wenn sie um die Zylinderachse drehbar im Ofen gelagert ist. Dadurch kann dem Durchbiegen der Reaktionsretorte bei der hohen Ofen temperatur unter ihrem Eigengewicht mit einer zyklisch vor genommenen Drehung um 180° um die Zylinderachse entgegengewirkt werden. Die Zykluszeit für diese 180°-Drehung wird dabei u. a. durch die Länge und den Außendurchmesser der Reaktionsretorte bestimmt.If the reaction retort with an im essentially cylindrical reaction tube so in a heat treatment furnace plant, such as a plant for loading effect of soldering and / or neutral tempering processes or one Annealing furnace is built in that it is essentially in ho rizontal direction, it is particularly useful if it is rotatably mounted in the furnace about the cylinder axis. Thereby can bend the reaction retort at the high furnace temperature under its own weight with a cyclical forward counteracted rotation by 180 ° around the cylinder axis become. The cycle time for this 180 ° rotation is u. a. by the length and the outer diameter of the reaction retort certainly.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht weiter herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt:The invention will now be described with reference to FIG Drawing on the with regard to all essential to the invention and details not further emphasized in the description is expressly referred to. The drawing shows:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Reaktions retorte und Fig. 1 is a sectional view of a reaction retort and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines mit erfindungsgemä ßen Reaktionsretorten versehenen Glühofens mit einem entsprechenden Mischgaseinleitungssystem. Fig. 2 is a schematic representation of an annealing furnace provided with reaction retorts according to the invention with a corresponding mixed gas introduction system.
Die in Fig. 1 dargestellte Reaktionsretorte 10 weist ein sich über eine Länge L erstreckendes, im wesentlichen kreiszy lindrisches Reaktionsrohr 12 aus wärmebeständigem Material und eine genau zentrisch innerhalb des Rohrs längs der Rohrachse verlaufende Heizeinrichtung in Form eines elektrischen Wider standsheizelementes 20 auf. Eine Einlaßöffnung 14 an einem Ende des Rohrs 12 ist mit einem Gaseinleitungssystem 15 zur Ein leitung eines Gasgemischs aus Erdgas und Luft mit einem vor gegebenen Mischungsverhältnis in die Reaktionsretorte 10 ver bunden. Am dazu entgegengesetzten Ende des Reaktionsrohrs 12 sind Auslaßöffnungen 16 zur Ableitung eines in der Reaktions retorte 10 erzeugten Endogases vorgesehen.The reaction retort 10 shown in Fig. 1 has a length L, substantially circular-cylindrical reaction tube 12 made of heat-resistant material and a heating device in the form of an electrical resistance heating element 20 extending exactly centrally within the tube along the tube axis. An inlet opening 14 at one end of the tube 12 is connected to a gas inlet system 15 for a line of a gas mixture of natural gas and air with a given mixing ratio in the reaction retort 10 connected. At the opposite end of the reaction tube 12 , outlet openings 16 are provided for discharging an endogas generated in the reaction retort 10 .
Das Widerstandsheizelement 20 ist im Reaktionsrohr 12 in einer darin aufgenommenen Nickelkatalysatorfüllung 18 einge bettet und in Form einer während des Betriebs der Reak tionsretorte auswechselbaren Heizpatrone mit einem konzentrisch zum Reaktionsrohr verlaufenden Schutzrohr 22 und einem darin mit keramischen Halterungen 26 festgelegten Heizwiderstand 24 ge bildet. Diese Heizpatrone erstreckt sich von einer am auslaß seitigen Ende des Reaktionsrohrs 12 angeordneten Einführöffnung 28 über etwa 80% der Länge des Reaktionsrohrs 12, so daß am einlaßseitigen Ende des Reaktionsrohrs 12 eine im wesentlichen durch die Heizung mit dem Widerstandsheizelement 20 unbeeinfluß te Reaktionszone die sich über eine Länge L1 von etwa 20% der Katalysatorfüllung 18 erstreckt, bereitgestellt wird.The resistance heating element 20 is embedded 18 incorporated in the reaction tube 12 in a housed therein nickel catalyst filling and forming ge in shape during operation of the reac tion retort replaceable cartridge heater with a running concentrically with the reaction tube protection tube 22 and is fixed with ceramic fixtures 26 heating resistor 24th This heating cartridge extends from an arranged at the outlet end of the reaction tube 12 insertion opening 28 over about 80% of the length of the reaction tube 12 , so that at the inlet end of the reaction tube 12 a reaction zone essentially unaffected by the heating with the resistance heating element 20 which over a length L 1 of approximately 20% of the catalyst charge 18 is provided.
Am Schutzrohr 22 ist ein Thermoelement (nicht dar gestellt) angeordnet, mit dem die Temperatur der Katalysator füllung erfaßt und an einen elektronischen Regler zur stufen losen Einstellung der Heizleistung des Heizwiderstands 24 mit einem Thyristor-Leistungssteller angelegt wird (vgl. Fig. 2). Im Bereich der Auslaßöffnungen 16 des Reaktionsrohrs 12 kann das erzeugte Endogas unmittelbar vor dem Eintritt in den Ofenraum über eine Meßgasleitung (nicht dargestellt) entnommen und einem Gasanalysator (nicht dargestellt) zugeführt werden, mit dem die Zusammensetzung des in der Reaktionsretorte 10 erzeugten Endogases erfaßt und ein entsprechendes Regelsignal an eine Einrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des in die Retorte eingeleiteten Erdgas-Luft-Gemischs angelegt werden kann.On the protective tube 22 , a thermocouple (not shown) is arranged, with which the temperature of the catalyst filling is detected and is applied to an electronic controller for stepless adjustment of the heating power of the heating resistor 24 with a thyristor power controller (see. Fig. 2). In the area of the outlet openings 16 of the reaction tube 12 , the endogas generated can be removed immediately before entering the furnace space via a sample gas line (not shown) and fed to a gas analyzer (not shown) with which the composition of the endogas generated in the reaction retort 10 can be detected and a corresponding control signal can be applied to a device for regulating the composition of the natural gas-air mixture introduced into the retort.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Katalysatorfüllung 18 im wesentlichen in einem zwischen dem Schutzrohr 22 und dem Mantel des Reaktionsrohrs 12 gebildeten, bezüglich der Rohrachse und daher auch bezüglich dem Widerstandsheizelement 20 symmetrischen Ringspalt gefüllt. Diese Formgebung bewirkt eine gleichmäßige Wärmeübertragung an die Katalysatorfüllung.In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the catalyst filling 18 is essentially filled in an annular gap formed between the protective tube 22 and the jacket of the reaction tube 12 and symmetrical with respect to the tube axis and therefore also with respect to the resistance heating element 20 . This shape ensures uniform heat transfer to the catalyst filling.
In Fig. 2 sind zwei in einen strahlrohrbeheizten Rol lenherdofen eingebaute, erfindungsgemäße Reaktionsretorten 10 mit einem dazugehörigen Gaseinleitungssystem 15 dargestellt. Das Gaseinleitungssystem 15 weist eine Erdgas-Zuführleitung 50 auf, in deren Verlauf hintereinander ein Magnetventil 52, ein Druck wächter 54, ein Gasvordruckminderer 56, ein Durchflußmengenmes ser 58 und eine Rückschlagklappe 59 angeordnet sind. Zur Einlei tung der für die Erzeugung von Endogas benötigten Luft weist das Gaseinleitungssystem 15 eine Luftzuführleitung 60 auf, in deren Verlauf ebenfalls hintereinander ein Magnetventil 62, ein Druck wächter 64, ein Gasvordruckminderer 66, ein Durchflußmengen messer 68 und eine Rückschlagklappe 69 angeordnet sind. Die Erd gaszuführleitung 50 und die Luftzuführleitung 60 sind mit einem Gas-Luft-Verhältnisregler 70 mit einem ölhydraulischen Antriebs system miteinander gekoppelt. Der Gas-Luft-Verhältnisregler steuert die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Erdgas-Zu führleitung 50 und dem Druck in der Luft-Zuführleitung 60 so, daß das Volumenverhältnis Erdgas : Luft auch bei einer Veränderung der Luftmenge immer genau konstant bleibt. Die dafür benötigten Regelsignale werden mit im Verlauf der Erdgaszuführleitung 50 und der Luftzuführleitung 60 angeordneten Druckmeßgeräten 72 er zeugt.In Fig. 2 two in a radiant tube-heated Rol lenherdofen, reaction retorts 10 according to the invention with an associated gas inlet system 15 are shown. The gas inlet system 15 has a natural gas supply line 50 , in the course of which a solenoid valve 52 , a pressure switch 54 , a gas admission pressure reducer 56 , a flow meter 58 and a non-return valve 59 are arranged. To initiate the air required for the production of endogas, the gas inlet system 15 has an air supply line 60 , in the course of which a solenoid valve 62 , a pressure switch 64 , a gas admission pressure reducer 66 , a flow meter 68 and a non-return valve 69 are also arranged. The natural gas supply line 50 and the air supply line 60 are coupled to one another with a gas-air ratio controller 70 with an oil-hydraulic drive system. The gas-air ratio controller controls the pressure difference between the pressure in the natural gas supply line 50 and the pressure in the air supply line 60 so that the volume ratio natural gas: air always remains constant even with a change in the amount of air. The control signals required for this are generated with pressure gauges 72 arranged in the course of the natural gas supply line 50 and the air supply line 60 .
Das über die Erdgas-Zuführleitung 50 und die Luft- Zuführleitung 60 in dem so geregelten Volumenverhältnis zugeführte Gas wird in einer Leitung 74 zusammengeführt und gemischt und dann in die im Ofenraum des Rollenherdofens sich im wesentlichen in horizontaler Richtung erstreckenden Reaktionsretorten 10 eingeleitet.The gas supplied via the natural gas supply line 50 and the air supply line 60 in the volume ratio thus regulated is brought together in a line 74 and mixed and then introduced into the reaction retorts 10 which extend essentially horizontally in the furnace space of the roller hearth furnace.
Die Reaktionsretorten 10 sind um ihre Längsachsen dreh bar in dem Rollenherdofen gelagert, so daß sie nach einer ins besondere durch ihre Länge und ihren Außendurchmesser bestimmten Zykluszeit um 180° um ihre Längsachse gedreht werden können, um dem Durchbiegen bei der hohen Reaktionstemperatur unter ihrem Eigengewicht entgegenzuwirken.The reaction retorts 10 are rotatably mounted about their longitudinal axes in the roller hearth furnace, so that they can be rotated around their longitudinal axis after a cycle time determined in particular by their length and their outer diameter, in order to counteract the bending at the high reaction temperature under their own weight .
Die Durchflußmengenmesser 58 und 68 sind jeweils mit min. und max. Grenzwertkontakten ausgestattet. Weicht das einge stellte Volumenverhältnis von Erdgas zu Luft vom Sollwert ab, erfolgt eine Signalgebung und bei andauernder Fehlermeldung eine automatische Abschaltung. Gleichzeitig wird mit den Grenzwert kontakten sichergestellt, daß die Reaktionsretorten nur innerhalb der zulässigen Durchsatzleistungen beaufschlagt werden. Die Durchflußmengen in der Erdgaszuführleitung 50 und der Luftzuführleitung 60 können mit Stellventilen geregelt und an den Mengenmessern kontrolliert werden. Vor und hinter sämtlichen Stellgliedern in den Zuführleitungen 50 und 60 sind Manometer 72 zur Überwachung der Druckverhältnisse installiert.The flow meters 58 and 68 are each with min. and max. Limit contacts equipped. If the volume ratio of natural gas to air deviates from the setpoint, a signal is given and, if an error message persists, an automatic shutdown. At the same time, the limit value contacts ensure that the reaction retorts are only acted upon within the permissible throughput. The flow rates in the natural gas supply line 50 and the air supply line 60 can be regulated with control valves and checked on the flow meters. Manometers 72 for monitoring the pressure conditions are installed in front of and behind all the actuators in the feed lines 50 and 60 .
Über eine Meßgasleitung in der Reaktionsretorte kann das Endogas unmittelbar vor dem Eintritt in den Ofenraum entnommen werden. Mit einem angeschlossenen Infrarot-Gasanalysator kann der CO2-Gehalt des Endogases bestimmt werden. Auf Grundlage des gemessenen CO2-Gehaltes kann das Mengenverhältnis von Erdgas zu Luft exakt eingestellt werden, damit die erforderliche Reak tionsgaszusammensetzung erhalten wird.The endogas can be removed immediately before entering the furnace chamber via a sample gas line in the reaction retort. With a connected infrared gas analyzer, the CO 2 content of the endogas can be determined. On the basis of the measured CO 2 content, the ratio of natural gas to air can be set precisely so that the required reaction gas composition is obtained.
Mit dieser Anordnung kann im Ofenraum des Rollenherd ofens zusätzlich zu dem aus einem Vorratstank für flüssigen Stickstoff oder von einem Stickstoff-Erzeuger erhaltenen inerten Trägergas zusätzlich Endogas als Reaktionsgas erzeugt werden.With this arrangement, the roller hearth in the furnace chamber oven in addition to that from a storage tank for liquid Nitrogen or inert obtained from a nitrogen generator Carrier gas endogas can also be generated as a reaction gas.
Die Reaktionsretorten 10 für die Endogaserzeugung im Ofenraum sind den äußeren Abmessungen der im Rollenherdofen vor handenen Strahlheizrohre genau angepaßt. Für die Beimischung von Endogas werden üblicherweise nur ein oder zwei Retorten benö tigt, die anstelle der Strahlheizrohre eingebaut werden. Daher kann der Einbau der erfindungsgemäßen Reaktionsretorten 10 ein fach ohne Umbauten an den Rollenherdöfen selbst vorgenommen wer den.The reaction retorts 10 for the generation of endogas in the furnace chamber are precisely adapted to the external dimensions of the radiant heating tubes in the roller hearth furnace. Usually only one or two retorts are required for the addition of endogas, which are installed instead of the radiant heating pipes. Therefore, the installation of the reaction retorts 10 according to the invention can be made easily without any modifications to the roller hearth furnaces.
Die Erfindung ist nicht auf das anhand der Zeichnung er läuterte Beispiel der Erzeugung von Endogas aus Erdgas und Luft beschränkt. Beispielsweise kann mit der erfindungsgemäßen Reak tionsretorte Endogas auch aus Flüssiggasen, wie Propan, Butan usw., und Luft erzeugt werden.The invention is not based on the drawing he explained example of the production of endogas from natural gas and air limited. For example, with the Reak Endogas also from liquid gases such as propane and butane etc., and air is generated.
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