DE2655321A1 - Verfahren zur herstellung von russarmen und schwefelfreien verbrennungsgasen - Google Patents

Description

"Verfahren zur Herstellung von rußarmen und schwefelfreien

Verbrennungsgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schwefelfreien und rußarmen Verbrennungsgasen durch Vermischen eines Ausgangsgemisches von Sauerstoff und Abgas bestimmter Zusammensetzung in bestimmten Gewichtsverhältnissen, Einleiten des so hergestellten Endgemisches über eine bestimmte Zahl von Schlitzkanälen von Gasbrennern in einen Verbrennungsraum und Verbrennung bei bestimmten Temperaturen.

Es ist aus Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 4, Seiten 64-9 ff bekannt, daß man Brenngase in Gestalt von Gemischen aus Luft und gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, z.B. Methan, Benzol, Benzin, verbrennt und die so erhaltenen Verbrennungsgase als Heizgase verwendet. Diese Verbrennungsgase enthalten praktisch immer gewisse Anteile an Ruß; insbesondere bildet sich Ruß bei unvollständiger Verbrennung der Kohlenwasserstoffe (Ullmann, loc. cit., Band 14, Seiten 793* 794} Hoffmann, Anorganische Chemie (Vieweg, Braunschweig, l6. Auflage), Seite 330). Ruß ist feinverteilter Kohlenstoff, der noch Anteile an Sauerstoff, Wasserstoff und in geringerem Maße Schwefel, Stickstoff und Nebenstoffe enthalten kann. Die Abscheidung von Ruß stört den Heizeffekt und es wird daher ein Luftüberschuß angewendet, damit der Kohlenstoff in den Ausgangskohlenwasserstoffen möglichst gleichzeitig mit dem Wasserstoff verbrennt (Ullmann, loc. cit., Band 4, Seite 709). Rußhaltige Verbrennungsgase können je nach Vollständigkeit der Verbrennung bis 10 Gewichtsprozent Ruß, bezogen auf die Gewichtsmenge des verwendeten Kohlenwasserstoffs, enthalten. Neben dem verringerten Heizeffekt bringt die Rußabscheidung noch andere betriebliche Schwierigkeiten mit sich, z.B. erhöhte Reinigungskosten von Anlagen und Rohrverbindungen, Verstopfung von Ventilen oder Rohrverengungen und somit Betriebsstörungen, Beeinträchtigung

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chemischer Umsetzungen durch die Anwesenheit von Ruß oder Verringerung der Aktivität oder Vergiftung von Katalysatoren.

Processing, Band 12 (1974), Seite 14, lehrt, daß Abgase der Formaldehydherstellung mit einer Abgaszusammensetzung von 75 Volumenprozent Np, 20 Volumenprozent Hp und 5 Volumenprozent CO + CO₀ bei einem Heizwert (LCV) von LCV = βθ Btu/ft⁵ (ca. Kilojoule/Nnr ) noch als Brenngase eingesetzt werden können und aus der Verbrennung dieser Brenngase entstehenden Verbrennungsgase für die Dampferzeugung und damit den Betrieb der Formaldehydproduktion verwendbar sind. Der untere Heizwert der Brenngase wird ausdrücklich als sehr niedrig beschrieben, um eine Verbrennung der Gase mit dauerhafter Flamme in einer besonderen Verbrennungskammer zu ermöglichen» Nur sehr geringe Mengen an Formaldehyd und Methanol können gegebenenfalls in den Brenngasen enthalten sein. Wird das Verfahren im großtechnischen Betrieb durchgeführt, so erweisen sich die angegebenen 5 Volumenprozent Kohlenoxide als ca. 4,3 Volumenprozent Kohlendioxid und 0,7 Volumenprozent Kohlenmonoxid (Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, 12, Auflage (I966) Springer-Verlag Berlin, Seite 468).

Es wurde nun gefunden, daß man rußarme und schwefelfreie Verbrennungsgase, die 4,94 bis 5*62 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 10,98 bis 13,5 Gewichtsprozent Wasserdampf, 79,53 bis 82,76 Gewichtsprozent Stickstoff, 0,93 bis 1,03 Gewichtsprozent Edelgase und 0,29 bis 0,42 Gewichtsprozent Sauerstoff enthalten, vorteilhaft herstellt, wenn man ein Gasgemisch, das 8l,3 bis 85 Gewichtsprozent Stickstoff, 6,4 bis 7*5 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 0,2 bis 0,9 Gewichtsprozent Kohlenmonoxid, 5*9 bis 7 Gewichtsprozent Wasserdampf, 1 bis 1,6 Gewichtsprozent Wasserstoff, 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent Formaldehyd, 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent Methanol und 1,4 bis 1,47 Gewichtsprozent Edelgase enthält, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,5 bis 18 Metern pro Sekunde und Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 7»5 bis 20 Metern pro Sekunde über die schlitzförmigen Kanäle von Gasbrennern einer Verbrennungskammer zuführt, das Gasgemisch und die Luft miteinander vor oder bei Eintritt in die Verbrennungskammer in einem Molverhältnis von 0,39 bis

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1,29 Mol in der Luft enthaltenem Sauerstoff je Mol Wasserstoff des Gasgemisches vermischt und bei einer Innentemperatur der Verbrennungskammer von 56Ο bis 1 200⁰C verbrennt, wobei man 1 bis 10 Brenner und jeweils 2 bis l8 Schlitzkanäle je Brenner verwendet.

Im Hinblick auf den Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege schwefelfreie, rußfreie oder rußarme Verbrennungsgase, im allgemeinen ohne nachweisbaren Rußgehalt, Mit Bezug auf insbesondere die in Processing genannten Bedingungen sind diese vorteilhaften Ergebnisse überraschend. Entgegen den Angaben von Processing verwendet das erfindungsgemäße Verfahren gerade Abgasgemische mit einer Gaszusammensetzung von 67,1 bis 75,1 Volumenprozent Np, von 12,2 bis 18,3 Volumenprozent Hp, von J>,6 bis 3,9 Volumenprozent COp, von 0,18 bis 0,75 Volumenprozent CO, von 8,0 bis 8,95 Volumenprozent Wasserdampf, von 0,01 bis 0,13 Volumenprozent Methanoldampf, von 0,01 bis 0,07 Volumenprozent Formaldehydgas, von 0,8 bis 0,9 Volumenprozent Edelgase und mit einem unteren Heizwert von H₁₁ = 76,2 bis 117,8 Kilojoule/ftm .

Nnr bedeutet Normalkubikmeter nach der Definition von Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 4, Seite 657 ί Η bedeutet der untere Heizwert von Brenngasen nach der Definition von Ullmann (loc. ext.), Seite 658. Der erfindungsgemäße Gehalt an Wasserstoff und Kohlendioxid ist wesentlich niedriger, andererseits wird ein hoher Gehalt von Wasserdampf im Gasgemisch verwendet. Es war aus den Angaben der amerikanischen Veröffentlichung angesichts dieser Unterschiede in der Zusammensetzung des Gasgemisches und des vergleichsweise wesentlich niedrigeren Heizwertes des erfindungsgemäßen Ausgangsgasgemisches daher zu vermuten, daß eine gleichmäßige Verbrennung des Gemisches mit dauerhafter Flamme und ohne wesentliche Rußbildung nicht möglich ist. Auch hätte man erwarten müssen, daß die erfindungsgemäßen Gemische nicht oder unregelmäßig gezündet werden und der im Gemisch enthaltene Wasserdampf in der Brennkammer ganz oder teilweise kondensiert und Korrosionen verursacht .

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Vorteilhaft werden bei den erfindungsgeraaßen Verfahren auch Gasgemische mit vergleichsweise niedrigeren Heizwerten als Brenngase verwendet; solche Gemische fallen gerade bei der großtechnischen Pormaldehydhersteilung an. Somit können auch wasserdampfhaltige Abgase der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ohne Anwendung hoher Zündtemperaturen gezündet und mit dauerhafter Flamme kontinuierlich verbrannt werden« Das erfindungsgemäße Endgasgemisch (Verbrennungsgase) dient vorteilhaft als Heizgas, insbesondere für die Dampferzeugung. Die Verbrennungstemperaturen können bei den erfindungsgemäßen Ausgangsgasgemischen (Brenngasen) im Vergleich zu der in Processing beschriebenen Arbeitsweise gesenkt und die Leistung der von den resultierenden Verbrennungsgasen betriebenen Dampferzeuger erhöht werden» Die Senkung der Verbrennungstemperatur verringert die Bildung von Stickoxiden bei der Verbrennung. Dieser Vorteil gilt in verstärktem Maße, wenn fossile Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle, als Energiequelle ganz oder teilweise durch die erfindungsgemäßen Heizgase ersetzt werden; neben der geringeren Stickstoffoxidbildung bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch den Vorteil, daß kein Schwefeldioxid gebildet wird. Im großtechnischen Betrieb entwickelt z.B„ Heizöl 20 bis J>Q Kilogramm Schwefeldioxid je Tonne bei der Verbrennung. Das erfindungsgemäße Verfahren erspart daher verstärkte Abgasreinigung und Abgaskontrolle, verringert den Gehalt an Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Stickstoffoxiden und Schwefeldioxid in der Luft und ist daher umweltfreundlicher„ Der Betrieb einer Gesamtanlage zur Herstellung von Formaldehyd ist ebenfalls einfacher, wirtschaftlicher und betriebssicherer.

Die Verbrennungsgase können als Heizgase auch in allen den Fällen, in denen Rußablagerung oder mitgeschlepptes Schwefeldioxid oder Stickstoffoxide stören wurden, vorteilhaft verwendet werden, z.B. zum Erhitzen von oxidischen Katalysatoren, wie Oxiden des Eisens, Molybdäns, Kobalts, Uiekels, Wolframs, Aluminiums, Titans, Phosphors und Chroms. Vorteilhaft können sie zur Erwärmung von Katalysatoren bei katalytischen Syntheseverfahren, beispielsweise von Silberkatalysatoren, die die Umsetzung von Methanol mit Sauerstoff zu Formaldehyd katalysieren, Anwendung finden. Insbesondere sind solche Heizgase

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auch in Industrien oder Gegenden interessant, wo andere Ausgangsstoffe für die Herstellung von Verbrennungsgasen, wie Benzol oder Benzin, oder Stickstoff als Heizgas nicht in ausreichender Menge vorhanden oder unwirtschaftlich sind. Stickstoff als Heizgas muß außerdem für manche Synthesen, z.B. die vorgenannte Formaldehydherstellung, besonders gereinigt werden. Luft als Heizgas kommt nicht für Synthesen in Betracht, bei denen Luftanteile bei der späteren Umsetzung explosive Gemische bilden könnten, z.B. bei Umsetzungen mit Alkanolen. Leuchtgas und Stadtgas ergeben Heizgase, die neben Ruß insbesondere noch Schwefel enthalten und so z.B. zahlreiche Katalysatoren beeinträchtigen oder vergiften bzw. eine Korrosion der Anlagen fördern. Bei der elektrischen Beheizung werden häufig örtliche Erhitzungen in der Mitte des Katalysatorbettes und Rußbildung beobachtet. In allen diesen Fällen liefert das Verfahren nach der Erfindung auf einfachem Wege ein wirtschaftlich vorteilhaftes und betriebssicheres Heizgas.

Für die Gewinnung der Ausgangsgasgemische des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle Synthesen, die entsprechende formaldehydhaltige Abgase liefern, verwendet werden; in der Regel kommt die Herstellung von Formaldehyd durch oxidierende Dehydrierung von Methanol in Gegenwart von Silber- oder anderen Metallkatalysatoren, z.B. Kupferkatalysatoren, in Frage. Bezüglich der Herstellung von Formaldehyd wird auf Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 7 (1956), Seiten 659 ff, verwiesen. Für die Herstellung geeignete Ausgangsstoffe sind reines Methanol oder technisches Methanol, zweckmäßig im Gemisch mit Wasser; die Konzentration der wäßrigen Gemische kann zweckmäßig zwischen 50 und 95 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 58 und 70 Gewichtsprozent Methanol schwanken. Auch Rohmethanol, das gegebenenfalls nach den in DAS 1 277 83¹I-, DP 1 235 881 und DP 1 13β 318 beschriebenen Verfahren durch Abtrennung einer niedriger siedenden Fraktion bzw. durch Behandlung mit Oxidationsmitteln und/oder Alkalien gereinigt wird, kann verwendet werden. Das reine oder rohe Methanol kann nach einem der bekannten Verfahren (Ullmann, loc. cit., Band 12, Seiten 402 ff), insbesondere einem Hochdruckverfahren, herge-

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stellt werden. Neuerdings wird Methanol auch nach dem sogenannten Niederdruck-Verfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Methanol bei Drükken unterhalb 150 at und bei Temperaturen unterhalb 30O⁰C umgesetzt (britische Patentschriften 1 010 871 und 1 159 035). Die Verdampfung wird in der Regel in einer der bekannten Verdampferanlagen (Ulimann, loc. cit., B.I.O.S. Final Report No. 1 331; F.I.A.T. Final Report No. 999) bei einer Temperatur der Verdampferflüssigkeit des obersten Verdampferbodens von 68 bis 10O⁰C, drucklos oder unter Druck, diskontinuierlich oder vorteilhaft kontinuierlich durchgeführt. Das aus dem Verdampfer austretende Methanol oder Methanol-Wasser-Dampfgemisch wird, gegebenenfalls im Gemisch mit einem zurückgeführten Abgasanteil und gegebenenfalls mit Inertgas, dem Reaktionsraum zugeführt. Als Inertgas kommt für das Verfahren beispielsweise Stickstoff in Betracht. Zweckmäßig wird das Dampfgemisch gleichzeitig mit dem oxidierenden Agens und mit dem Abgas und/oder Inertgas vermischt. Als oxidierendes Agens lassen sich sowohl der reine Sauerstoff als auch freien Sauerstoff enthaltende Gase, insbesondere Luft, verwenden. Sauerstoff und Methanol werden zweckmäßig im Molverhältnis von 0,3 bis 0,6, insbesondere von 0,4 bis 0,5 Mol Sauerstoff bzw. Sauerstoff in Luft je Mol Methanol angewandt. Die Oxidation wird gegebenenfalls in Gegenwart von 1 bis 2, vorteilhaft 1 bis 1,65 Mol, insbesondere 1,3 bis 1,5 Mol Abgas je Mol Methanol vorgenommen.

Als Katalysatoren sind beliebige Silberkatalysatoren geeignet, z.B„ die in DAS 1 231 229 und Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band J, Seiten 659 ff, beschriebenen. Vorzugsweise verwendet man Zweischicht- oder Mehrschicht-Silberkatalysatoren, z.B. die in DAS 1 29k 360, in der deutschen Offenlegungsschrift 1 903 197 oder in DAS 2 322 757 aufgeführten Katalysatoren. Bezüglich Herstellung des Katalysators und Durchführung der entsprechenden Umsetzung mit diesen Katalysatoren wird auf die genannten Veröffentlichungen verwiesen. Die Oxidation wird im übrigen in bekannter Weise durchgeführt, indem man z.B. ein Gasgemisch aus Methanoldampf, Wasserdampf, Luft, gegebenenfalls Inertgas und Abgas, in vorgenannten Mengen bei

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Temperaturen von etwa 550 bis 750⁰C, insbesondere 600 bis 700⁰C, durch den Silberkatalysator leitet. Das Verfahren wird im allgemeinen bei Drücken zwischen 0,5 und 2 at, vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,8 at, kontinuierlich durchgeführt. Es ist dabei zweckmäßig, die die Katalysatorzone verlassenden Reaktionsgase innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise in weniger als l/lO Sekunden, abzukühlen, z.B. auf Temperaturen von 350°C. Das abgekühlte Gasgemisch wird dann zweckmäßig einem Absorptionsturm zugeführt, in welchem der Formaldehyd mit Wasser, vorteilhaft im Gegenstrom, aus dem Gasgemisch gewaschen wird. Einen Teil des verbleibenden Abgases führt man gegebenenfalls in den Reaktionskreislauf zurück. Der Anteil des Abgases, der der Reaktion wieder zugeführt wird, beträgt zweckmäßig von 1 bis 2 Mol, bezogen auf 1 Mol des der Reaktion zugeführten Methanols. Dieser Abgasanteil kann mit einer basischen Verbindung - vorteilhaft in einer Menge, daß sich ein pH von mindestens 10, vorzugsweise 11 bis 13*5* einstellt - und/oder Oxidationsmitteln behandelt werden, wird dann mit den übrigen Komponenten des Ausgangsgemisches der Reaktion gemischt und anschließend dem Reaktionsraum wieder zugeleitet.

Das Abgas der Formaldehydabsorption kann eine oder mehrere Absorptionen mit Wasser, mit Gemischen von Wasser und Formaldehyd, mit Gemischen von Wasser und Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten und/oder mit Harnstofflösungen durchlaufen und dann als Brenngas des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Ebenfalls kommen Gemische von Abgasen verschiedener Anlagen zur Formaldehydherstellung, von Abgasen der Herstellung von Formaldehyd-Harnstoffharzen als Brenngase in Frage. Gegebenenfalls können den Abgasen auch fehlende Anteile an Komponenten, z.B. Wasserstoff oder Stickstoff, zugemischt werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet man als Ausgangsgasgemiseh (Brenngas) ein Gemisch, das 8l,3 bis 85, vorzugsweise von 82,3 bis 84 Gewichtsprozent Stickstoff, 6,4 bis 7,5* vorzugsweise 6,6 bis 7,1 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 5*9 bis 7, vorzugsweise 6,2 bis 6,7 Gewichtsprozent Wasserdampf, 1 bis 1,6, vorzugsweise 1,2 bis 1,5 Gewichtsprozent Wasserstoff, 0,2 bis 0,9, vorzugsweise 0,45 bis 0,77 Gewichtsprozent Kohlenmonoxid, 0,02 bis 0,1, vor-

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zugsweise 0,05 bis 0,07 Gewichtsprozent Formaldehyd, 0,01 bis 0,2, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent Methanol und von 1,4 bis 1,47* vorzugsweise 1,4-1 bis 1,45 Gewichtsprozent Edelgas enthält; gegebenenfalls können noch 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent Zersetzungsstoffe und/oder Verunreinigungen im Gasgemisch anwesend sein. Solche Nebenstoffe können auch durch die verwendeten Ausgangsstoffe Methanol, Luft und Wasser eingeschleppt werden. Je nach Herkunft und Aufbereitung kann das verwendete Wasser zahlreiche Stoffe als Verunreinigungen enthalten, z.Bo Metallsalze wie Eisenchlorid, Erdalkaliverbindungen in Gestalt der Masserhärte, Alkalisalze, Metalle wie Zink oder Aluminium oder Kupfer, z.B. aus Rohrmaterialien, Nitrate, Nitrite, Phosphate, organische Zersetzungsprodukte wie Phenole. Als Verunreinigungen des Rohmethanols kommen z.B. Alkaliverbindungen wie Natriumformiat, Matriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Natriumacetat, Uatriumsulfid, Natriummethylat, Kaiiumhydroxid, Natriumhydroxid; Ameisensäure; Aldehyde wie Acrolein, Glyoxal, Propionaldehyd, Acetaldehyd; Ketone wie Aceton und Butanon-2; Glykol; Hexan; Dimethyläther; organische oder anorganische Verbindungen, z.B. Fonniate oder Sulfide von Metallen wie Eisen, Chrom, Kupfer, Aluminium, Zink, Magnesium; Schwefelverbindungen wie Dimethylsulfidj Ester wie z.B. Dimethylterephthalat; Amine wie Monomethylamin, Dimethylamin, Trimethylamin; Ammoniak in Frage. Luftverunreinigungen enthalten z.B. folgende Komponenten: Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Halogene, flüchtige Halogenverbindungen wie Tetrachlorkohlenstoff; Äüumoniak, Amine wie Monomethylamin, Dimethylamin, Trimethylamin; Arsen- und Antimonverbindungen wie Arsentrioxid, Antimontrloxid; Acetylen, Phosphorverbindungen wie Phosphorwasserstoff, Ruß, Eisenoxidstaub, Cyanwasserstoff, Kohlenmonoxid; aus der anaeroben Zersetzung eiweißhaltiger Abfallstoffe entstehenden Fremdstoffe wie Mercaptane, Indol, Skatol; Stickstoffoxide; Bleiverbindungen wie Tetraäthyl- und Tetramethylblei; organische Verbindungen wie J>, 4-Benzpyren, Fluoranthren, Pyren, Phenanthren, die durch Autoabgase in die Luft gelangen, und deren Oxidationsprodukte wie Acrolein. Als Zersetzungsstoffe der Formaldehydsynthese kommen daneben z.B. noch Methan in Betracht.

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Das Ausgangsgasgemisch wird in der Regel mit einer Temperatur von 320 bis 400, vorzugsweise von. 350 bis 390⁰C, drucklos oder unter Druck, vorzugsweise mit einem* |>ruck von -1 bis +100, vorzugsweise von +20 bis +80 mbar, diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich einer Verbrennungskammer zugeführt. Ss besitzt eine Strömungsgeschwindigkeit von 5*5 bis l8, vorzugsweise von 7 bis l6 Metern pro Sekunde und wird mit Luft, die eine Strömungsgeschwindigkeit von 7*5 bis 20, vorzugsweise von 9 bis 16 Metern pro Sekunde besitzt, gemischt. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Zuführungen entspricht ebenfalls der in den Kanälen der Brenner. Die Luft wird in der Regel mit einer Temperatur von 320. bis.400°C, vorzugsweise von 350 bis 39O°C, drucklos oder unter'-^p4e4e, vorzugsweise mit einem Druck von -1 bis +100, vorzugsweise 20 bis 8O rabar, diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich zugeführt. Die Vermischung kann vor dem Eintritt in den Brenner, im Brenner selbst oder vorteilhaft beim Eintritt aus dem Brenner in die Verbrennungskammer erfolgen. Das Mischungsverhältnis beträgt von 0,39 bis 1,29, vorzugsweise von 0,6 bis 1,1 Mol in der Luft enthaltener Sauerstoff je Mol Wasserstoff des Ausgangsgasgemisches. Die Zuführung zur Verbrennungskammer erfolgt durch die schlitzförmigen Kanäle von Gasbrennern. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Gasgemisch oder die Luft jeweils getrennt von einander durch einen oder mehrere Kanäle der verwendeten Gasbrenner geführt und erst am Brennermund miteinander vermischt und gleichzeitig gezündet.

Man verwendet zweckmäßig 2 bis l8, vorzugsweise 4 bis 13 schlitzförmige Kanäle je Brenner und 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6 Brenner je Verbrennungskammer. Die Kanäle können zwar untereinander in Konstruktion, Material und/oder den Dimensionen verschiedenartig ausgestaltet sein, vorteilhaft sind sie aber untereinander gleich. Der Querschnitt jedes Kanals kann beliebige Formen besitzen, zweckmäßig ovale, runde, quadratische und vorzugsweise rechteckige Form. Zweckmäßig wählt man ein Längenverhältnis von Breite zu Länge der Schlitzquerschnitte von 0,03 bis 0,6, vorzugsweise von 0,08 bis 0,3. Zwar können die Kanalquerschnitte innerhalb des Kanals untereinander bzw.

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vom Kanaleingangsschlitzquerschnitt bzw. vom Kanalausgangsschlitzquerschnitt unterschiedlich sein, vorteilhaft wird man aber denselben Kanalquerschnitt in Form und Dimensionen von Eingang bis Ausgang beibehalten. Bevorzugt sind Kanäle von 50 bis 150, vorzugsweise von 70 bis 125 Zentimeter Kanallänge, von 250 bis 4 500, vorzugsweise von 700 bis 2 500 Quadratzentimeter Kanalquerschnittsfläche (Schlitzquerschnitt), von 5 bis 30, vorzugsweise von 10 bis 20 Zentimeter Schlitzquerschnittsbreite.

Die Brenner können in den Verbrennungskammern beliebig angeordnet sein, zweckmäßig werden sie aber am Kammerboden angebracht. Man kann den gesamten Boden der Kammer als Brenner ausgestalten, d.h. als Eintrittsfläche von Luft und den Brenngasen in die Kammer verwenden; in diesem Falle teilt man den Boden zweckmäßig in 2 bis 12 schlitzförmige Kanäle für die getrennte Zufuhr von Gasgemisch und Luft, wobei vorteilhaft für die Luft 40 bis 60 Prozent der Kanäle zur Verfügung stehen. Vorteilhafter wird man aber einen oder insbesondere mehrere Brenner wählen, deren Brenngas/Luft-Eintrittsfläche in die Kammer nur von 5 bis 70, vorzugsweise von 15 bis 50 Prozent der gesamten Bodenfläche einnimmt. Die Eintrittsfläche jedes Brenners in die Kammer kann beliebige Form besitzen, zweckmäßig ovale, runde, quadratische und vorzugsweise rechteckige Form. Bevorzugt sind 1 bis 10, insbesondere 2 bis 6 Brenner, die in beliebigen oder gleichen Abständen voneinander über den Kammerboden verteilt oder in einer besonderen geometrischen Anordnung angeordnet werden; man kann die Brenner z.B. in gerader Linie, die die Bodenfläche halbiert, wobei jeder Brenner vom nächsten bzw. die beiden äußersten Brenner von den beiden Wänden denselben Abstand haben, anordnen.

Bevorzugt sind Verbrennungskammern mit einem Längenverhältnis von Höhe der Kammer zur Breite des Bodens von 1 bis 3* vorzugsweise 1,5 bis 2,5 und von Höhe zur Länge des Bodens von 1,1 bis 3,1, vorzugsweise von 1,5 bis 2,5« Die Brenner können zwar untereinander in Konstruktion, Material und/oder Dimensionen verschiedenartig ausgestaltet sein, vorteilhaft sind sie

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aber untereinander gleich. Zweckmäßig sind Austrittsflächen (Luft und Gasgemisch zusammen) je Brenner von 0,3 bis 1,2, vorzugsweise von 0,5 bis 1 Quadratmetern, Gesamtaustrittsfläche (Luft und Gasgemisch) aller Brenner der Verbrennungskammer von 0,3 bis 12, vorzugsweise von 1 bis 6 Quadratmetern, Kammerhöhen von 1,5 bis 32, vorzugsweise von 3,6 bis 24 Metern. Die Kanäle eines Brenners endigen zweckmäßig in einer Vermischungseinrichtung, deren Austrittsfläche die Eintrittsfläche der Brenner in die Kammer ist. Als Vermischungseinrichtungen kommen Mischer und vorteilhaft Düsen in Betracht, z.B. Injektormischer, Mischkammern oder Mischstrecken mit Injektoren, Strahlmischer, Drallkammerdüsen, Exzenterdüsen, Bündeldüsen, Zentrifugaldruckdüsen, Schlitzdüsen, Flachstrahldüsen, Hohldüsen, Spiraldüsen. Vorteilhaft werden Gasgemisch und Luft in getrennten Kanälen zugeführt, in vorgenannten Düsen gemischt und am Ausgang der Düse gezündet. Das Luft/Gasgemisch kann in bekannter Weise, z.B. durch elektrischen Funken von 5 000 bis 20 000 Volt, gezündet werden. Die Zündtemperatür des Endgemisches liegt in der Regel zwischen 5^0 und 600°C. Nach der Entzündung bildet sich eine blaßblaue, nahezu nicht leuchtende, rußarme bzw. rußfreie Flamme und eine Verbrennungstemperatur in der Kammer von 56Ο bis 1 200⁰C, vorzugsweise von 700 bis 900⁰C (gemessen am Ende des Flammenkegels). Vorteilhaft stellt man durch entsprechende Regelung der Luft den Flammkegel so ein, daß der Abstand (Kegelhöhe) von der Kegelspitze am Ausgang des Brenners bis zum Ende des Kegels 50 bis 270 Zentimeter beträgt. Der Durchmesser der Kegelbasis bzw. der Maximaldurchmesser des Flammkegels beträgt vorteilhaft 10 bis 100 Zentimeter. Je mehr zusätzliche Luft zugeführt wird, desto kleiner ist diese Kegelhöhe und desto heißer ist die Flamme. Die Verbrennung wird diskontinuierlich oder in der Regel kontinuierlich durchgeführt. Im Verbrennungsraum stellt man zweckmäßig einen -Geeeflttdruck von -1 bis 30, vorzugsweise von 0 bis 20 mbar ein.

Ebenfalls kann die Zündung durch einen Nebenbrenner, der den Brennermund auf eine Temperatur oberhalb der Entzündungstemperatur des Endgemisches erwärmt, erfolgen. Im weiteren Verlauf wird die laufende Verbrennung durch die hohe Verbrennungstempe-

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ratur selbst bewirkt. Die hohe Temperatur in der Verbrennungskammer kann auch durch konventionelle, dem Stand der Technik entsprechende Verbrennungseinrichtungen für üblicherweise verwendete Brennstoffe wie Öl oder Gas, an einer oder mehreren Stellen in der Verbrennungskammer erzeugt werden.

Die so erhaltenen Verbrennungsgase enthalten 10,98 bis 13*50, vorzugsweise von 11,5 bis 12,5 Gewichtsprozent Wasserdampf, 4,94 bis 5,62, vorzugsweise von 5*1 bis 5*4 Gewichtsprozent Kohlendioxid und 79»53 bis 82,76, vorzugsweise von 80,5 bis 82,0 Gewichtsprozent Stickstoff,, 0,93 bis 1,03* vorzugsweise 0,95 bis 1,0 Gewichtsprozent Edelgase, 0,29 bis 0,42, vorzugsweise 0,3 bis 0,46 Gewichtsprozent Sauerstoff. Die Verbrennungsgase treten zweckmäßig am dem Brenner gegenüberliegenden Ende der Verbrennungskammer drucklos oder unter Druck aus und können ohne weitere Verfahrensschritte als Heizgas verwendet werden.

Die in dem folgenden Beispiel aufgeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.

Beispiel

Aus einer Anlage der Formaldehydsynthese - unter Verwendung von Rohmethanol und einem Silberkatalysator - mit Absorption (Wasser) werden kontinuierlich stündlich 53 100 Teile Gasgemisch, das 83,47 Gewichtsprozent Np, 1,31 Gewichtsprozent EU, 6,84 Gewichtsprozent CO₂, 0,53 Gewichtsprozent CO, 6,21 Gewichtsprozent H₂O, 0,l4 Gewichtsprozent CH^OH, 0,06 Gewichtsprozent CH₀O, 1,44 Gewichtsprozent Edelgase enthält und einen unteren Heizwert von H_u = 99,7 Kilojoule/Nnr besitzt und 24 957 Teile Luft getrennt voneinander einer Verbrennungskammer zuführt. Die Kammer enthält am Boden 4 Brenner mit 12 schlitzförmigen Kanälen (6 für das Gasgemisch, 6 für die Luft) je Brenner. Das Gasgemisch hat eine Temperatur von.C, einen

(1 ^fruck von 70 mbar und eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 Metern pro Sekunde, die Luft eine Temperatur von 38O⁰C, einend it-

iljPruck von 22 mbar und eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 Metern pro Sekunde. Gasgemisch und Luft werden getrennt durch die

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jeweils für sie bestimmten Kanäle in alle Brenner eingeführt und miteinander in den Schlitzdüsen, die in den Brennern den Kanälen aufgesetzt sind, gemischt; das Endgemisch tritt dann durch den Düsenausgang (Brennermund) in den Innenraum der Verbrennungskammer ein. Das Mischungsverhältnis beträgt 1,05 Mol Sauerstoff zugeführter Luft je Mol Wasserstoff des Gasgemisches. Die untereinander gleichen Brennerkanäle sind rechteckig.Die Gesamtaustrittsfläche des Endgemisches an den Brennern (Eintrittsfläche in die Kammer) beträgt 4 200 Quadratzentimeter, die Bodenfläche der quadratischen Verbrennungskammer 64 Quadratmeter, die Kammerhöhe 16 Meter. Die Brenner sind mit gleichen Abständen in einem Kreis um den Mittelpunkt des Kammerbodens angeordnet, wobei der Kreisradius 2 Meter beträgt.

Das Endgemisch wird bei dem Beginn durch Erhitzen des Brennermundes der Brenner gezündet, die Verbrennung erfolgt dann kontinuierlich mit dauerhafter Flamme infolge der hohen Verbrennungstemperatur in der Kammer. Diese Temperatur beträgt 700⁰C, der pruck in der Verbrennungskammer 20 mbar.

Das Endgasgemisch (Verbrennungsgase) treten am Kopf der Kammer aus. Man erhält 78 057 Teile Gemisch mit 5,19 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 12,33 Gewichtsprozent Wasserdampf, 8l,28 Gewichtsprozent Stickstoff, 0,96 Gewichtsprozent Edelgase und 0,34 Gewichtsprozent Sauerstoff. Sie werden für die Dampferzeugung verwendet.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von rußarmen und schwefelfreien Verbrennungsgasen, die 4,94 bis 5*62 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 10,98 bis 13,5 Gewichtsprozent Wasserdampf, 79,53 bis 82,76 Gewichtsprozent Stickstoff, 0,93 bis 1,03 Gewichtsprozent Edelgase und 0,29 bis 0,42 Gewichtsprozent Sauerstoff enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gasgemisch, das 8l,3 bis 85 Gewichtsprozent Stickstoff, 6,4 bis 7*5 Gewichtsprozent Kohlendioxid, 0,2 bis 0,9 Gewichtsprozent Kohlenmonoxid, 5*9 bis 7 Gewichtsprozent Wasserdampf, 1 bis 1,6 Gewichtsprozent Wasserstoff, 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent Formaldehyd, 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent Methanol und 1,4 bis 1,47 Gewichtsprozent Edelgase enthält, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,5 bis l8 Metern pro Sekunde und Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 7*5 bis 20 Metern pro Sekunde über die schlitzförmigen Kanäle von Gasbrennern einer Verbrennungskammer zuführt, das Gasgemisch und die Luft miteinander vor oder bei Eintritt in die Verbrennungskammer in einem Molverhältnis von 0,39 bis 1,29 Mol in der Luft enthaltenem Sauerstoff je Mol Wasserstoff des Gasgemisches vermischt und bei einer Innentemperatur der Verbrennungskammer von 560 bis 1 200⁰C verbrennt, wobei man 1 bis 10 Brenner und jeweils 2 bis l8 Schlitzkanäle je Brenner verwendet.

   BASP Aktiengesellschaft

   809823/04 56

   ORIGINAL INSPECTED