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Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen reduzierenden Gases unter Druck
und bei hoher Temperatur Die Erfindung betrifft. ein Verfahren zum Gewinnen redu
-zierenden Gases unter Druck und bei hoher Temperatur durch katalytisches Reformieren
bei direkter oder indi -rekter Zufuhr von Reaktionswärme, indem eine Mischung aus
gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators
auf hohe Temperatur gebracht wird, sowie eine Vorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, unter Druck gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoffe,
wie z.B. Erdgas, Mischungen aus Me -than und Propan, beim Raffinieren von Petroleum
anfallendes Gas oder auch Koksofengas (Kokereigas) auf hohe Temperatur und in Gegenwart
von Wasserdampf und eines Katalysators zu erhitzen, um daraus reduzierende Gase
bei hoher Temperatur und unter Druck zu gewinnen, bei denen es sich um Gase handelt,
die insbesondere Wasserstoff und Kohlenoxid enthalten.
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Hierfür beruhen die herkömmlichen Verfahren auf endothermischen Reaktionen
einer der folgenden Arten
begleitet von der Gleichgewichtsreaktion einer Konversion bei konstanter
Temperatur
De Reaktionen (1) und (2), die Reformierreaktionen unter Wasserdampf genannt werden,
erfolgen am besten unter hoher Temperatur, benötigen folglich nicht nur eine ma
-ximale Vorerhitzung der Reaktionsteilnehmer, der Kohlenwasserstoffe und des Wasserdampfes,
was vorzugsweise durch thermische Energie-RUckgewinnung realisiert wird, sondern
außerdem noch eine Zufuhr an Wärme-Kalorien,die auf zwei verschiedene Weisen erfolgen
kann : Entweder unmittelbar in die Mischung der Kohlenwasserstoffe und des Wasserdampfes
hinein, indem ein Teil der Kohlenwasserstoffe dieser Mischung mit Sauerstoff verbrannt
wird, um die notwendige Hitze an die Reaktionsteilnehmer des Reformiervorganges,
nämlich den verbleibenden Anteil der Kohlenwasserstoffe und den Wasserdampf freizusetzenioder
indirekt durch thermischen Austausch, indem die Mischung aus Kohlenwasserstoffen
und Wasserdampf an einer Seite einer Wand vorbeigeführt wird, die auf ihrer anderen
Seite von heißem Rauch aufgeheizt ist, der aus Verbrennung eines Gases in Luft herrührt.
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Zwar ist bei erhöhter Temperatur, in der Umgebung von 10000C, die
Geschwindigkeit der Gleichgewichtsreaktion der Konversion
sehr groß, aber das gilt nicht für die Reformierreaktionen; vielmehr hat es sich
als notwendig erwiesen, einen Katalystor zu verwenden, der, ohne die Gleichgewichtsbedingungen
zu beeinflussen, die Geschwindigkeit des Ablaufes der Reformierreaktionen erhöht.
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Andererseits treten zugleich gewisse parasitäre Reaktionen auf. Das
sind solche, die zu einem Wärmekracken der Kohlenwasserstoffe unter Freisetzung
von Rußschwarz
führen, mit der nachteiligen Folge, sehr schnell
die Aktivität des Katalysators zu neutralisieren0 Um solche parasitären Reaktionen
zu vermeiden und folg -lich die Ausbildung on Rußschwarz zu unterdrücken, wurde
schon in der Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf ein, bezogen auf die
stöchiometrischen Er -fordernisse, großer ueberschuß an Wasserdampf vorgesehen.
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Dieser Überschuß an notwendigem Dampf, der durch das molare Verhältnis
H20/C des Wasserdampfes zum im Kohlenwasserstoff enthaltezxen Kohlenstoff definiert
ist, schwankt je nach der Art der Kohlenwasserstoffe, die zu behandeln sind, und
je nach de r der Reaktionstemperatur, die vorgese hen ist. Daher muß für Reaktionstemperaturen
in der Grössenordnung von 9000C dieses Verhältnis H20/C nahe bei 4 liegen, falls
leichtes Naphtha benutzt wird; der Wert liegt in der Nähe von 5, wenn eine Mischung
von Propan und Butan benutzt wird und bei 2, wenn Erdgas benutzt wird.
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Die bei hoher Reaktionstemperatur austretenden Gase enthalten reduzierende
Gase, CO und H2, vollständig oxydierte Gase, CO2, und einen kleinen Anteil an nicht
transformierten Kohlenwasserstoffen, darüberhinaus aber auch eine bedeutende Menge
an Wasserdampf; dieses rührt aus der Notwendigkeit des Überschusses in der Eingangsmischung
her, um das Auftreten von Rußschwarz in der Katalysatorzone zu vermeiden.
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Die so erhaltenen reduzierenden Gase werden insbesondere für die Synthese
von Ammoniak oder Methanol verwendet; für diesen Zweck ist es nicht nur notwendig,
eine Einstellung des Gehaltes der verschiedenen nützlichen Bestandteile durch nachfolgende
Operationen, wie z*B. Nachverbren -nung in Luft, Umsetzung von CO in C02, Dekarbonisieren
usw. vorzunehmen, sondern es muß auch praktisch der gesamte Wasserdampf entfernt
werden. Diese notwendigen Operationen
erfolgen jede bei einer optimalen
Temperatur, die schließlich zu einem vollständigen Abkühlen der Gase, im allgemeinen
mit einer entsprechenden thermischen Rückgewinnung, führen.
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Außerdem kannen die reduzierenden Gase, H2 und CO, gewonnen durch
das Reformieren unter Wasserdampf und bei direkter oder indirekter Wärmezufuhr,
auch eine andere sehr bedeutende Zweckbestimmung haben; so können sie in der Metallurgie
benutzt werden, insbesondere bei Reduktionsvorgängen, wie sie in Hochöfen ablaufen.
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Indessen müssen in diesem Falle die Gase, die maximale reduzierende
Eigenschaften aufweisen müssen, unter Druck und bei einer Temperatur von etwa 9000C
bis 11000C in die Reduktionsphase des Hochofens injiziert werden.
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Angesichts der Notwendigkeit, diese Bedingungen für diesen Anwendungszweck
zu beachten, ist es nicht sinnvoll, die Operationen der Einstellung durchzuführen,
bevor das endgitltig Gas auf maximale Reduktionsfähigkeit gebracht wurde k diese
Operationen an nachfolgende Abkühivorgänge gebunden sind, denn nach dem Abkühlen
ist es notwendig, die Gase wieder aufzuheizen, um sie auf eine Temperatur in die
Nähe der Temperatur des Reaktionsgefäßes tür das katalytische Reformieren zu bringen.
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Der reduzierende Charakter der Gase, die aus dem Ofen austreten, kann
also der molare Verhältniswert der reduzierenden Bestandteile, CO + F , bezogen
auf die Summe aller reduzierender und oxydierender Bestandteile, CO + H2 + CO2 +
H20 beschrieben werden; im allge -meinen wird für Gase, die für die Reduktion in
Hochöfen bestimmt sind, nur ein Gehalt an C02 + H2 + H20 zugelassen, der so niedrig
wie möglich liegt und auf jeden Fall
einen Wert unter 10 Volumen
% aufweist. Dieser Wert kann jedoch nicht unmittelbar mittels herkömmlicher Verfahren
erzielt werden, nämlich aufgrund des Überschusses an Wasserdampf, der bei diesen
Reaktionen im austretenden Gas enthalten ist, und wegen des daherrührenden Effektes
der chemischen Gleichgewichtsreaktionen bei der Konversion,
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, das die Schwelle des Auftretens von Rußschwarz völlig vermeidet,
sondern nur eine verringerte Menge an Wasserdampf benö -tigt und folglich erlaubt,
unmittelbar am Ausgang der Katalyse ein unter Druck stehendes Gas hohen Reduziervermögens
und hoher Temperatur zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß im wesentlichen da -durch gelöst,
daß ein Teil der durch die Reaktion erzeugten reduzierenden Gase abgezweigt und
zurllekgefUhrt wird, indem dieser Teil direkt in die Mischung aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen
und Wasserdampf, die die Reaktion speist, eingebracht wird, derart, daß schließlich
redu -zierende Gase mit geringen Gehalten an C02 und H20 erhalten werden.
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Die Mischung, die vor Eintritt in das Reaktionsgefäß um den rückgeführten
Teil schon gewonnenen reduzierenden Gases angereichert wird, wird vor dieser Zugabe
zweck -mäßigerweise in üblicher Art vorerhitzt. Das überraschende Resultat dieser
erfMlndungsgemäßen Rückführung ist eine derartige Förderung der Reformier-Reaktion,
daß am Ausgang des Reaktionsgefäß* schließlich hochwertige reduzierende Gase, mit
geringen Gehalten an C02 und H2O, unter Druck und hoher Temperatur zur Verfügung
stehen.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist also sowohl auf das Verfahren
zum katalytischen Reformieren einer Mischung--aus
Kohlenwasserstoffen
und aus Wasserdampf anwendbar, in der die notwendigen Kalorien auf direktem Wege,
durch Verbrennung eines Teiles der Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff, in die Mischung
eingebracht werden, als auch auf das Verfahren, bei dem die Zufuhr dieser Kalorien
auf indirektem Wege, durch Ubertragung von heißem Rauch herrührender Wärme, erfolgt.
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Die Menge der rückgeführten Gase ist bezüglich der eintretenden Kohlenwasserstoffgase
in Abhängigkeit von den gegebenen Umständen so einzilstellen, daß ein Volumenverhältnis
erzielt wird, das oberhalb 1 und vorzugsweise zwischen 1 und 3 liegt.
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Bei speziellen der unten näher beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung wurde der abgetrennte und rückgeftihrte Volumenanteil der erzeugten
Gase zweimal so groß wie das Volumen der Kohlenwasserstoffe gewählt, die am Eingang
des Reaktionsraumes zutreten; anders ausge -drückt : Je Volumeneinheit an Kohlenwasserstoffen
in der Mischung aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampft mit der das
Reaktionsgefäß gespeist wird, wurden zwei Volumenteile des Gases zurückgeführt,
das aus der Reaktion stammt.
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Ein derart gemaß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorge -nommenes Rückführen
oder Rezirkulieren erlaubt ein besonders starkes Senken des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen
in der Mischung zum Speisen der Reaktion sowie ein Erhöhen des Gehaltes an H2 und
an CO vor der Reaktion, und auch vor der Reaktion ein Rezirkulieren von Wasserdampf
und von COS, das aus vorangegangenen Gleichgewichtsreaktionen aufgrund Durchganges
durch den Katalysator des rückgeführten Teiles des Gases stammt.
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Im Falle einer derartigen Realisierung der Erfindung liegen die Bedingungen
für das Reformieren unter Zufuhr
von Kalorien, die auf direkte oder
indirekte Art erfolgt, in der Nähe derjenigen, die für die Behandlung abgezoge -nen
Koksofengases nötig sind> das volumenmäßig zeB. fol -gende mittlere Zusammensetzung
aufweist e 59 % H2; 6,6 % N2; 1,3 % CO2; 6,1 ffi CO und 27,0 % CH4e Es ist bekannt,
daß bei einem solchen Ko1sofengas, wenn die Ausgangstemperatur des Reaktio=israumes
in der Größenordnung von 9500C liegt, eine etwas oberhalb der stöchiometrisch erforderlichen
Menge liegende Wasserdampfmenge ermöglicht, unterhalb der Schwelle des Auftretens
von Rußschwarz zu bleiben.
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Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal hinsichtlich einer Vorrichtung
zum Ausüben des erfindungsgemäßen Ver -fahrens ist es zweckmäßig, eine Venturi-Düse
vorzusehen, über die das zuvor, beim Verlassen des Reaktionsgefäßes, entnommene
Gas in die vorerhitzte gasförmige Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf
eingeführt wird; die Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf, die in die
Venturi-Düse eintritt und sich dort entspannt, wirkt hier als Strömungsmotor, der
die Zufuhr jener Mischung am Kopf des Reaktionsgefäßes und des rückgeführten Gases
bewirkt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachstehender
Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen
zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt : Fig. 1 eine schematische
Darstellung einer erfindungsge -mäßen Vorrichtung, bei der die Zufuhr an Kalorien
direkt erfolgt, und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindunsgemäßen
Vorrichtung, bei der die Zufuhr an Kalorien indirekt erfolgt.
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In der schematischen Darstellung der Fig. 1 eines AusfUhrungsbeispieles
einer
Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemaßen Verfahrens enthält ein Reaktionsofen
oder Reaktionsgefäß 1 eine Füllung 2 eines reformierenden Katalysators, der mit
einer Schicht 2a eines Aufprallkatalysators hoher thermischer Widerstandsfähigkeit
belegt ist. Dieses Reaktionsgefäß 1 wird mit einer Mischung aus Erdgas, Wasserdampf
und Sauerstoff gespeist.
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Das Erdgas besitzt z.B. folgende Volumenzusammensetzung: 82 % CH4;
2,5 ffi C2H6; 0,5 % C8; 1 % C02; 14 % N2.
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Das Erdgas wird von einem Vorratsbehälter 5 unter einem Druck von
z.B. 18 kg/cm2 und einer Temperatur um etwa 200C angeliefert. Dieses Erdgas durchläuft
einen ersten Kreislauf 4a eines Vorwärmers 5, dessen Brenner 5b über eine Leitung
5a mit Brennstoff gespeist wird. Das den Kreislauf 4a mit einer Temperatur von etwa
5500C verlassende Gas erhält einen aus einer Quelle 4 herrührenden Zuschlag an Wasserdampf
mit einer Temperatur von 2150C und unter einem Druck von 20 kg/cm2. Diese Mischung
aus Erdgas und Wasserdampf tritt sodann in einen zweiten Kreislauf 6 des Vorwärmers
5 ein und verläßt diesen mit einer Temperatur von etwa 6000C, um durch eine Leitung
7 zu einer Venturi-Düse 8 gerührt zu werden, die über einem Brenner 9 angeordnet
ist, der seinerseis vom Reaktions -gefäß 1 getragen wird.
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Sauerstoff mit einem Gehalt von 99,5 Volumen- 02 wird unter einem
Druck von 12 kg/,,2 und mit einer Temperatur von etwa 200C aus einer Speisequelle
10 zugeliefert. Dieser Sauerstoff ist durch zwei Kreisläufe 11 eines weiteren Vorwärmers
12 geführt, dessen Brenner 12a ebenfalls-/die Leitung 5a mit Brennstoff versorgt
wird; der Sauerstoff verläßt diesn zweiten Vorwärmer 12 mit einer Temperatur von
etwa 6000C und wird über eine Leitung 15 in die äussere Krone des Brenners 9 eingespeist.
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Diese Mischung aus Erdgas, Wasserdampf und Sauerstoff verbrennt teilweise
und reagiert in Gegenwart des Katalysators 2a-2 Die reduzierenden Gase die bei dieser
katalytischen Reaktion entstehen, verlassen das Reaktionsgefäß 1 durch eine Leitung
14, die mit einem Abzweig 15 versehen ist, über den ein gewisser Anteil der aus
der Reaktion stammenden Gase, die unter einem 2 Druck von 10 kg/cm2 stehen und eine
Temperatur um etwa 10000C aufweisen, an die Venturi-Düse 8 zurilckgefilhrt wird.
In der Venturi Düse 8 stellt die Mischung aus Erdgas und Wasserdampf einen Gasmotor
dar, der die Förderwirkung für das Rückführen des aus der Ausgangs-Leitung 14 abgezweigten
Volumenanteiles des aus der Reak -tion stammenden Gases ausübt. Die Mischung aus
Erdgas, Wasserdampf und rückgeführtem reduzierendem Gas wird in das Zentrum des
Brenners 9 eingespeist, der über seine äußere Krone mit Sauerstoff versorgt ist.
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Im Verlaufe des Leitungs-Abzweiges 15 kann ein Wärmetauscher 17 zur'
Rückgewinnung von Wärme vorgesehen sein, beispielsweise für die Dampfgewinnung in'
der Quelle 4.
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Ein Vorteil dieses Systemes liegt darin, daß Unabhängigkeit hinsichtlich
des für das Verfahren notwendigen Dampfes gewährleistet ist, indem für dessen Gewinnung
Gas maximaler Temperatur am Ausgang des Reaktionsgefässes 1 zur Verfügung steht.
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Im Reaktionsgefäß 1 befindet sich als Katalysator die stoßfeste Prallschicht
2a sowie die Füllung 2 des reformierenden Katalysators, dessen Zweck es ist, die
gewünschten chemischen Gleichgewichte in den Gasen sicherzustellen, die aus dem
Reakt,ionsgefäß 1 austreten sollen und von denen ein Teil über den Leitungs-Abzweig
15 rückgeführt wird. Das am Ausgang 16 austretende Gas wird zur Verwendungsstelle
weitergeleitet.
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Wenn in einer Vorrichtung gemäß der Fig. 1 3000 m2N Erdgas der oben
angegebenen Konsistenz, 0,54 t Wasserdampf und 1275 m zu oasprodukte nach dem erfindungsge
-maßen Verfahren behandelt werden, dann werden etwa 8900 tnX reduzierender Gase
erhalten, die unter einem Druck von 10 kg/cm2 und mit einer Temperatur von 10000C
der weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden können und folgende Volumenzusammensetzung
aufweisen 87,5 % (CO+H2) ; 1,5 % C02; 5,7 % H20; 0,5 ß CH4 und 4,8 % N2.
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Aufgrund ihres hohen Gehaltes an (CO+H2) und ihres ge -ringen Gehaltes
an (HSO + Co2) sind die derart, nachdem erfindungsgemäßen Verfahren, erhaltenen
reduzierenden Gase besonders dafür geeignet, unmittelbar in der reduzierenden Phase
eines Hochofens angewandt zu werden, nämlich aufgrund ihres gesteigerten reduzierenden
Ver -mögens und ihrer hohen Temperatur. Sie sind aber auch für jede andere unter
Hitze auszuübende Reduzierungsoperation nützlich, bei der das molare Verhältnis
des H2 bezüglich des CO, das hier im Bereich von etwa 3 liegt, ohne Bedeutung ist.
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Für den Fall, daß das herkömmliche Verfahren des katalytischen Reformierens
unter direkter Zufuhr von Kalorien angewandt wird, d.h. ohne eine Rückführung eines
Teiles der das Reaktionsgefäß 1 verlassenden Gase, ist es,um die Ausbildung von
Rußschwarz zu vermeiden,unter gleichartigen Reaktionsbedingungen notwendig, eine
Injektion von Wasserdampf in einem molaren Verhältnis von Wasserdampf zum Kohlenstoff
im Erdgas von etwa 2 vorzunehmen. Unter denselben Erwärmungsbedingungen und bei
einer solchen Einstellung des Sauerstoffverbrauches und des Wasserdampfverbrauches,
daß die Schwelle des Ein -setzens der Ausbildung von Rußschwarz vermieden wird,
aber den chemischen und thermischen Gleichgewichten genügt wird, würde für 3000
mit des gleichen Erdgases wie
oben 13.300 mm Austrittsgas zu 10
lcgXcm2 und mit einer Temperatur von etwa 1000 0C erhalten werden" das folgende
Volumenzusammensetzung aufweisen irUrde 55,4 % (co + H2), 41,1 ß (CO2 + H20), 0,3
% CH4 und 3,2 % N2.
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Wenn also das nach dem herkömmlichen Verfahren gewonnene Gas mit dem
Gas verglichen wird, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, dann
ist ersichtlich, daß eine sehr viel bedeutendere Menge aa C02 + H2O darin enthalten
ist, die jenes auf herRömmllche Weise gewonnene Gas für solche Zwecke wie für jegliche
Anwendung bei einer Reduktionsoperation untauglich macht. Es ist unbedingt notwendig,
diesen Gehalt zu vermindern, indem das Gas einer Nachbehandlung zum Heraus trennen
von CO2 und von Wasserdampf unterzogen wird, damit das Gas überhaupt vergleichbar
wird mit dem oas, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar
erzielt wird.
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Für solche Nachbehandlung muß dieses Gas abgekühlt wer -den, mit der
Folge, daß es - wenn es zur Verwendung in der reduzierenden Phase eines Hochofens
bestimmt ist -daraufhin einer Nacherhitzung unterzogen werden muß, um es wieder
auf etwa 1000°C zu erwärmen; das isjersichtlich ein bedeutender Aufwand und Umstand,
nämlich nicht nur aufgrund der Kosten einer solchen Nacherhitzung, sondern auch
wegen der zusätzlichen kostspieligen Einrichtungen, die für die Nachbehandlung erforderlich
sind.
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In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung eine Vorrich -tung zum
katalytischen Revormieren von Kohlenwasserstof -fen durch Wasserdampf gezeigt, bei
der die Reaktionswärme indirekt zugeführtwird. Diese Vorrichtung weist eine Brennkammer
18 auf, in deren oberen Teil sich Brenner 19 be -finden, die mit aus einer Quelle
20 herrllhrendem Gas gespeist werden. Diese Brennkammer 18 enthält Reaktionsrohre
oder Reaktionsräume 21, die ihrerseits den Katalysator enthalten und vertikal angeordnet
sind. Diese erste Brennkammer
18 ist an ihrem unteren Teil zu
einem Rauchab -zugskanal 22 verlängert, in dem verschiedene Wärme tauscher angeordnet
sind, die der Rückgewinnung der Rauchwärme dienen, die die Verbrennungszone verläßt
und die nach Abkühlung über ein Gebläse 23 mit einer Temperatur von etwa 1500C an
die freie Luft abgeblasen wird.
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Erdgas folgender Vo lumenzusaninense tzung : 82 % CH4 2,5 % C2H6,
0,5 % C3H8, 1 % 002, 14 % N2 wird, aus einer Quelle 24 kommend, unter einem Druck
von 18 kg/cm² und mit einer Temperatur von 200C zugeführt.
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Dieses Erdgas verläuft durch einen ersten Rückgewin -nungs-Wärmetauscher
25, in dem es auf etwa 3000C aufgeheizt wird; daraufhin wird ihm durch eine Leitung
26 der notwendige Wasserdampf für die Reaktion zugesetzt, nämlich unter einem Druck
von 20 kg/cm² und bei 215°C, der aus einem mit Rückgewinnungswärme gespeisten Dampfkessel
27 stammt. Die Mischung aus Erdgas und Wasser -dampf wird daraufhin auf eine Vorerhitzertemperatur
von 550° C gebracht, indem sie durch einen Wärmetauscher 28 hindurchgeleitet wird.
Der Rückgewinnungs-Dampfkessel 27 wird unter einem Druck von 25 kg/cm2 mit einem
entmineralisierten und entgasten Wasser gespeist, das aus einem Vorratsbehälter
29 stammt. Dieses Wasser wird von einer Temperatur um 1000C auf eine Temperatur
um etwa 2000C aufgeheizt, indem es einen Ruckgewinnungs-Wärmetauscher 30 durchläuft.
Darübeztinaus ist ein weiterer Wärmetauscher 30a an den Dampfkessel 27 angeschlossen.
Eine Leitung 26a verbindet den Dampfkessel 27 mit einem Ausgleichsbehälter 27a zur
Aufnahme oder Abgabe von heißem Wasser.
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Die Mischung aus Erdgas und Wasserdampf, die mit einer Temperatur
von etwa 6000C den RUekgewinnungs-WSrmetauseher 28 verläßt, ist über eine Leitung
31 an den Eingang einer Venturi-Düse 32 geführt. Die die Reaktionsrohre 21 mit etwa
85000 und unter einem Druck von 10 kg/em2
verlassenden Gase werden
in einer Leitung 33 gesammelt, die einen Abzweig 34 aufweist, der an einen zwd ten
Eingang der Venturi-DUse 32 führt. Die Mischung aus Erdgas und Wasserdampf, die
hier durch die Leitung 31 eingespeist wird, entspannt sich in der Venturi-Düse 32
bis auf einen Druck von etwa 12 kg/cm2, was den RUckfUhrkreislauf der Gase aus der
Reaktion, die über den Abzweig 34 abgezogen und rückgeführt wurden, sicherstellt.
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Die Mischung aus Erdgas, Dampf und rückgeführtem Gas, die für die
Reaktion notwendig ist, wird also an den Köpfen der Reaktionsrohre 21 verteilt,
die die notwendigen Kalorien für die Vorerhitzung und für die endother -mischen
Reaktionen des Reformierens durch Strahlung von den LuRt-Gas-Heizbrennern 19 erhalten,
die ihrerseits aus der Quelle 20 mit bis auf etwa 200°C infolge Durchlaufes durch
einen Rückgewinnungswärmetauscher 35 erhitztem Gas gespeist werden.
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Die Gasanteile der Reaktion, die nicht zurückgeführt werden, werden
unter Druck und bei hoher Temperatur zu einem Verbrauchsort 36 geleitet. Die Rauchschwaden
der Gas-Luft-Brenner 19 verlassen die Brennkammer 18 mit einer Temperatur von etwa
10000C und ziehen durch den Rauchabzugskanal 22, in dem sich verschiedene Rückgewinnungswärmetauscher
be -finden, um schließlich mit einer Temperatur von etwa 1500C über das Gebläse
23 an die Umgebungsluft abgegeben zu werden.
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Wenn bei einer Vorrichtung der hier beschriebenen Art 3000 m X Erdgas
der oben angegebenen Zusammensetzung in Gegenwart von 2,5 t Wasserdampf und etwa
6000 m³N rückgeführten Gases behandelt wird, dann werden am Verbrauchaort 36,also
nach Abzweigen des rückgeführten Gasanteiles, etwa 11000 m X reduzierenden Gases
unter einem Druck von 10 kg/cm2 und bei einer Temperatur von 8500C erhalten, mit
folgender volumenmäßigen Zusammensetzung':
66,9 ffi H2, 21,3 %
CO, 1,3 % C02, 3,8 ffi N2, 1,9 % CH4, 4,8 ffi H20.
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Die so gewonnen reduzierenden Gase können vorteilhaft unmittelbar
in der Reduktionsphase eines Hochofens verwandt werden, namlich aufgrund ihrer gesteigerten
Reduktionsfähigkeit, ihres Druckes, ihrer hohen Temperatur und ihres geringen Gehaltes
an CO2 und an H20, der unter 1,5 Volumens bzw. 5 Volumen liegt. Wenn aus einem beliebigen
Grunde die Temperatur der aase noch höher sein soll, dann kann vor ihrer Verwendung
eine leichte Nachverbrennung einwirken, die durch direkte Injektion einer kleinen
Menge Sauerstorfes in das Gas hervorgerufen wird, das durch die Leitung 37 weitergeleitet
wird. Die reduzierenden Gase, die am Verbrauchsort 36 anstehen, können folglich
der Durchrührung beliebiger Reduktionsoperationen unter Hitze dienen, bei denen
das molare Verhältnis zwischen H2 und CO ohne Bedeutung ist.
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Da die Reformier-Reaktion endothermisch abläuft, ist si -cherzustellen,
daß hinreichend Kalorien für diesen Ablauf zugeführt werden. Dies erfolgt über die
Heizbrenner 19, die unter den oben angegebenen Gegebenheiten etwa 15,5 Millionen
Kilo-Kalorien zuführen müssen. Wenn dagegen das herkönnliche Verfahren zum Reformieren
unter Dampr akge -wandt wird, also .in Verfahren ohne Rückführung eines Teiles der
die Reaktionsrohre verlassenden Gase, und unter den Bedingungen gleichartiger Reaktion
bei der Behandlung von 3000 m³N Erdgas, dann ist es errorderlich, zum Vermeiden
der Ausbildung von Rußschwarz eine Wasserdampfmenge in einem molaren Verhältnis
von Dampf zum Kohlenstoff des Erdgasen von etwa 2,5 zur Verfügung zu stellen, was
etwa 5,5 t Dampf entspricht. Unter diesen Umständen, und bei Einstellung der Heizkalorien
zum Erzielen von gleichermassen einer Temperatur von 8500C am Ausgang der Reaktions
-rohre oder des Katalysators, würde ma für 3000 m³N zuge -führter Menge an Erdgas
etwa 14800 m X rerormiertes Gas folgender Zusammensetzung erhalten
53,6
% H2, 11,7 % CO, 5,1 % Cm2, 2,8 % N2, 1,4 ; CH4, 25,4 % H20.
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Dieses Gas weist, im Vergleich zu einem nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren gewonnen Gas, viel stärkere Ge -halte an C02 und an H20 auf, denn zusammen
erreichen sie etwa 30 Volumen-ffi. Aufgrund dieser Tatsache kann dieses Gas nicht
unmittelbar für eine Reduktionsoperation in einem Hochofen benutzt werden. Vor seiner
Verwendung ist es unbedingt erforderlich, solches Gas einer nachgeschalteten Behandlung
zu unterziehen, um das C02 und den Was -serdampf zu entfernen. Erst nach dieser
zusätzlichen Be -handlung ist dieses Gas in etwa vergleichbar mit demjenigen, das
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen wurde. Jedoch muß, fUr diese Behandlung,
das Gas einer Abkühlung unterzogen werden, mit der Folge, daß für seine Verwendung
in der Reduktionsphase in einem Hochofen daraufhin abermals ein Aufheizen angeschlossen
werden muß, um die Temperatur des Gases wieder auf etwa 1000°C anzuheben. Wie schon
oben ausgeführt, ist die Erfordernis dieser Nacher -hitzung ein ganz bedeutender
Nachteil infolge der damit verbundenen Kosten und der fü+ie DurchfUhrung der Nachbehandlung
notwendigen kostspieligen Einrichtungen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen
der beschrfebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
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- Ansprüche -