DE538758C - Vorrichtung zur Durchfuehrung von Reaktionen zwischen Gasen und festen Stoffen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen und festen Stoffen Zusatz zum Patent 5I6 249 Das Hauptpatent 5I6 249 betrifft eine Vorrichtung, mittels welcher es gelingt, exotherme katalytische Gasreaktionen ohne Überhitzung der Kontaktmasse und bei gleichmäßiger Verteilung der ganzen Gasmasse über die Kontaktsubstanz auch bei Rohren von Vom Länge und darüber unter Erreichung der theoretisch möglichen Ausbeute auszuführen.
• Im Verfolg weiterer Arbeiten zur Vervollkommnung dieses Verfahrens hat es sich gezeigt, daß die Vorrichtung gegebenenfalls nach Vornahme gewisser Abänderungen auch zur Ausführung endothermer Reaktionen zwischen gasförmigen und festen Stoffen benutzt werden kann. Zu derartigen Reaktionen gehören z. B. die Kohleverflüssigung. Die Reaktionen können mit der neuen Vorrichtung sowohl mit Kontaktsubstanzen als auch ohne diese ausgeführt werden.
• Von den genannten Verfahren soll dasjenige der Kohleverflüssigung näher beschrieben werden ; die übrigen Reaktionen können in analoger Weise durchgeführt werden.
• Bekanntlich spielt bei der Verflüssigung der Kohle mit Wasserstoff unter Druck das Konstanthalten der Reaktionstemperatur eine Hauptrolle. Dieses Konstanthalten der Temperatur ist hierbei um so schwieriger, als bei diesem Hydrierungsprozeß zum Teil auch Wärme entsteht. Eine gleichmäßige Verteilung der Wärme konnte aber bei den bis jetzt bekannt gewordenen Verfahren nur dadurch erreicht werden, daß man die feingemahlene Kohle vor ihrer Verflüssigung mit Ö1 durchtränkte und in Kuchenform in den Ofen brachte. Eine derartige Manipulation ist kostspielig und zeitraubend. Mit der neuen Vorrichtung wird dieser überstand beseitigt, da sich hier die Reaktionsgase und mithin auch die Wärme gleichmäßig über die ganze Kohlenmenge verteilen. Ebenso können nach dem neuen Verfahren größere Mengen an Kohle, z. B. mehrere Tonnen, in einem Arbeitsgange verflüssigt werden.
• Verschiedene Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, von denen Abb. 1 einen Längsschnitt durch eine-Kontaktvorrichtung mit einfachen Teilzylindern und Abb. 2 einen ähnlichen Schnitt durch eine aus zwei Teilen zusammengesetzte Kontaktvorrichtung darstellt. Abb. 3 und 4 zeigen im Längs- und Querschnitt und Abb. 5 im Längsschnitt Teile eines Rohres mit zweiteiligen Einzelkammern. Abb. 6, 7 und 8 sind ähnliche Schnitte durch eine Vorrichtung mit zweiteiligen Einzelkammern für Kontaktverfahren.
• Zur Ausführung des neuen Verfahrens werden beispielsweise Hochdruckrohre von 12 m Länge angewendet. In einem solchen Hochdruckrohr a (Abb. I) befinden sich weiter zwei konzentrische Zylinder b und c, von denen der innere c aus einer Anzahl von Teilzylindern cl, C3, c' . . . besteht, von welchen jeder mit dem äußeren konzentrischen Zylinder b in Verbindung ist. Die Teilzylinder haben eine Länge von ein bis zwei Meter und sind zur Aufnahme der Kohle bestimmt, während der zweite, diese Teilzylinder umgebende Zylinder b als Sammelgefäß für die aus den Teilzylindern austretenden Gase und Reaktionsprodukte dient. Die Heizung H kann sich entweder im Gaszuführungsrohr befinden oder auch am Ende des Hochdruckraumes angebracht sein, der zu diesem Zweck frei von Innenzylindern gehalten wird. Der Wasserstoff tritt in diesem Falle an dem oberen Verschlußkopf des Hochdruckrohres durch Rohr d ein, geht dann an dessen Wandungen herunter, gelangt zur Heizung und von dort in das Gaszuführungsrohr e, das mit Schlitzen f versehen ist, so daß die Gase jeweils in jedem Teilzylinder oben eintreten und dann ihren Weg durch die in diesem Teilgliede befindliche Kohle zwecks Hydrierung nehmen, um dann unten aus jedem Teilzylinder mit den gebildeten Reaktionsprodukten aus- und in den Sammelzylinder einzutreten, der die Teilkammern umgibt. Sodann werden Gase und Reaktionsprodukte auf irgendeine Weise aus der Hochdruckapparatur abgelassen.
• Der obere Verschlußkopf des Hochdruckrohres trägt außer dem Einlaß- und Auslaßventil noch ein drittes Abschlußventil g an dem Gaszuführungsrohr, welches durch den Verschlußkopf hindurch nach außen geführt wird. Nach Verflüssigung der Kohle werden die Einzelzylinder entleert und mit neuer Kohle gefüllt.
• Man kann auch, um eine noch größere Länge zu erzielen, zwei:Hochdruclcrohre, beispielsweise von je 10 m Länge, zu einer Einheit zusammensetzen, wie dies Abb. 2 zeigt.
• Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, daß der innere Zylinder nicht aus einfachen, sondern-aus Doppelzylindern zusammengesetzt ist (Abb. 3 bis S).
• Bei diesen Doppelzylindern ist der untere Teil durch einen durchlöcherten - Boden h von dem oberen Teile getrennt. Die Kohle wird (Abb. 3,, 5) in die obere Kammern des Doppelzylinders eingefüllt, während die untere Kammer K2, die nur etwa 114 des Inhalts der oberen Kammer besitzt, leer bleibt.
• Im oberen Teil der Kammern K1 befinden sich die Schlitze f des Gaszuführungsrohres, durch welche die Gase austreten, um dann durch die Kohleschicht zu u gehen und endlich durch den durchlöcherten Boden # zusammen mit den gebildeten Reaktionsprodukten in das untere leere Gefäß zu gelangen, wo sich die bei der jewelligen Reaktionstemperatur nicht flüchtigen Bestandteile ansammeln, während die Gase mit den anderen schwer kondensierbaren Stoffen aus diesem Zylinder in das Sammelgefäß eintreten.
• In derselben Weise läßt sich das Verfahren auch bei der Anwendung von Kontaktsubstanzen ausführen (Abb. 6 bis 8). In diesem Falle setzt sich das innere Rohr, das zur Kohlenaufnahme bestimmt ist. ebenfalls aus einer Anzahl Doppelzylinder zusammen. bei denen jedoch im Gegensatz zum Arbeiten ohne Kontaktsubstanzen der kleinere Zylinder sich über dem größeren befindet und zur Aufnahme der Kontaktsubstanzen bestimmt ist, während sich in dem unteren Zylinder die zu verflüssigende Kohle befindet. Hierbei befinden sich die Schlitze f des Gaszuführungsrohres e oberhalb der Kontaktmasse in dem kleineren Zylinder, so daß in jedem Doppelzylinder der Wasserstoff oberhalb der Kontaktmasse eintritt, durch diese hindurchgeht und dann durch den gelochten Bodenh in die Kohle gelangt. Wenn notwendig, kann jeder Doppelzylinder an seinem unteren Ende einen dritten Raum enthalten, in welchem sich, wie bereits oben erwähnt, die leicht kondensierbaren Produkte ansammeln.
• Es ist für die Herstellung von Wasserstoff nach dem Eisen-Wasserdampf-Prozel3 bekannt geworden, den Reaktionsraum durch perforierte Zwischenwände zu unterteilen und die Gase für je zwei benachbarte Kontaktschichten durch einen gemeinsamen Rohrstrang, jedoch mit besonderen, mit einzelnen Absperrorganen versehenen Zweigleitungen von außen zuzuführen. Ebenso erfolgt die Abführung der Gase aus je zwei Zellen durch mit Ventilen ausgerüsteten Rohrleitungen. Bei der neuen Vorrichtung geschieht dagegen die Unterteilung des Raumes in verschiedene Kammern durch gasundurchlässige Zwischenwände, und die Gase werden für alle Zellen durch eine einzige Rohrleitung in den Ofen eingeführt und ebenso durch eine einzige Leitung wieder abgeführt, wobei ein einfaches Verteilungssystem ohne besondere Verschlußorgane und Ventile, innerhalb des Reaktions-bzw.. Druckgefäßes angeordnet, alle Kontaktzellen gleichmäßig mit Prischgasen speist.
• Außerdem sind im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung die gasdicht gegeneinander abgeschlossenen Zellen selbst wiederum, diesmal aber durch perforierte Wände in mehrere Abteile unterteilt, die zur Aufnahme von festen und flüssigen Reaktionsprodukten und gegebenenfalls von Kontaktsubstanzen dienen.
• Trotzdem die neue Vorrichtung in erster Linie für die Durchführung von Reaktionen bestimmt ist, bei denen die feste Reaktionskomponente vollständig umgesetzt und xvährend des Prozesses aufgebraucht wird, bringt die neue Erfindung auch für den bekannten Eisen-Wasserdampf-Prozeß gegenüber der erwähnten Vorrichtung den ganz bedeutenden Xrorteil, daß ein der Anzahl der gasdicht unterteilten Zellen vielfacher Durchsatz erreicht wird. womit also bedeutend größere Leistungen pro Kontaktofen erzielt werden können, ohne daß dabei die Gasgeschwindigkeit in den einzelnen Zellen eine größere würde. Dagegen kann bei der älteren Vorrichtung eine solche Leistung und ein so rascher Umsatz gar nicht ermöglicht werden. da hierbei die Gasgeschwindigkeit entsprechend der geringen Schichthöhe der Eisenmasse vermindert wird, ohne daß jedoch die Leistung des Apparats erhöht wird. Außerdem können bei der neuen Vorrichtung weder l)ampf noch Wasserstoff von einer Zelle in die nächstfolgenden übertreten, so daß also in allen Zellen dieselben Reaktionsbedingungen herrschen, während bei dem bekannten Verfahren Dämpfe und Reaktionsprodukte von der einen Kontaktschicht in die benachbarte iibertreten können, wodurch natiirl ich das Gleichgexvicht in den einzelnen Kammern empfindlich gestört und die wirtschaftliche Ausnutzung des Dampfes und des Reaktionsgases wie auch der angewandten Eisenmasse erheblich verschlechtert ist. Auch kann der Eisen-Wasserdampf-Prozeß mit der neuen Apparatur unter Druck durchgeführt werden. was nach dem älteren Patent ebenfalls praktisch unmöglich ist.
• Die neue Erfindung bringt aber nicht nur gegenüber dem älteren Verfahren bei Ausübung des Eisen-Wasserdampf-Prozesses Vorteile, sondern sie ist für gewisse Reaktionen. bei welchen neben gasförmigen auch flüssige und feste Reaktionsprodukte entstehen. unbedingt notwendig. Bei der älteren Vorrichtung mit ihrer Unterteilung durch perforierte Zwischenwände würden in diesem Falle die flüssigen und festen Reaktionsprodukte von einer Zelle in die andere Zelle kommen und die dort untergebrachten Stoffe (feste Stoffe als Reaktionskomponenten usw.) für den weiteren Prozeß unbrauchbar machen. Dieser Chelstand ist aber durch das neue Verfahren restlos vermieden.
• PATENTANSPR1JCXE : 1. Verfahren zur Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen und festen Stoffen. dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß Patent 5I6 249 benutzt wird.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet. daß die einzelnen Abteilungen des Reaktionsraumes durch an sich bekannte Mittel, wie gelochte Böden. Siebe usw., in zwei Einzelabteilungen zerlegt sind, von denen die erste den festen Stoff enthält. während die zweite schwer flüchtige Reaktionsprodukte aufnimmt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Ausführung von Qgontaktreaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abteilungen des Reaktionsraumes durch an sich bekannte Mittel. wie gelochte Böden, Siebe usw., in zwei Einzelabteilungen zerlegt sind, von denen die erste die Kontaktsubstanz und die zweite den festen Stoff enthält.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Ausführung von Kontaktreaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abteilungen des Reaktionsraumes durch an sich bekannte Mittel, wie gelochte Böden, Siebe usw. in drei Einzelabteilungen zerlegt sind, von denen die erste die Kontaktsubstanz. die zweite den festen Stoff und die dritte die schwer flüchtigen Reaktionsprodukte aufnimmt.