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Vorrichtung zur Durchführung von Gasreaktionen bei hohen Temperaturen
Bei der Durchführung chemischer Gasumsetzungen müssen die Reaktionsräume häufig
auf möglichst genau konstanter hoher Temperatur erhalten werden. Um die aufgewandte
Wärme wirtschaftlich auszunutzen, muß die Möglichkeit bestehen, die fühlbare Wärme
der Reaktionsgase für die Heizung ankommender Frischgase zu verwenden. Vorrichtungen,
die das ermöglichen, werden z. B. in bekannter Weise so ausgeführt, daß man einen
Reaktionsraum zuerst durch eine wärmeliefernde Heizreaktion v auf die gewünschte
Temperatur bringt und dann in dem aufgeheizten Raum die gewünschte Reaktion vor
sich gehen läßt ; diese heißen Gase verlassen den Reaktionsraum z. B. durch einräumige
Wärmeaustauscher, durch die dann wieder das Heizgas geleitet wird. Eine solche Einrichtung
hat den großen Nachteil, daß die Temperatur während der Reaktion nicht konstant
gehalten werden kann, sondern dauernd sinkt. Sie ist daher für viele Reaktionen,
die konstante Temperatur erfordern, unbrauchbar.
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Es wurde nun eine Vorrichtung gefunden, mit der es gelingt, unter
weitest gehender regeflerativer Ausnutzung der zugeführten Wärme die Temperaturen
im Reaktionsraum für beliebig lange Zeiten praktisch konstant zu halten. Eine schematische
Ausbildungsform einer solchen Vorrichtung ist in der beiliegenden Abbildung dargestellt.
In dieser stellt A einen einräumigen Wärmeaustauscher dar, von dem aus nach Aufheizung
in üblicher Weise das vorgewärmte Reaktionsgas in den ReaktionsraumC übertritt.
Dieser ist ein zweiräumiger Wärmeaustauscher, durch den das Reaktionsgas z. B. in
Röhren hindurchgeleitet wird. Das Reaktionsgas tritt sodann nach Abgabe seiner Wärme
durch einen zweiten einräumigen Wärmeaustauscher B aus der Heizvorrichtung wieder
aus. Die Gasdurchtrittsrichtung wechselt periodisch. Quer zu der Reaktionsgasrichtung
ist die Richtung der Beheizung angeordnet, die level. unter Verwendung automatischer
Regler so eingestellt wird, daß die Temperatur in dem Reaktionsraum konstant bleibt.
Es ist dabei, wie es auch in der gezeichneten Ausführungsform angenommen ist, möglich,
die wärmeliefernde Beheizungsreaktion gleichfalls regenerativ zu leiten, indem das
oder die Heizgase zuerst unter Aufnahme der vor Inbetriebnahme durch besondere Anheizung
entstandenen aufgespeicherten Wärme den einräumigen Wärmeaustauscher E durchströmen,
im zweiräumigen Wärmeaustauscher C die notwendige Zusatnvärme auf das Reaktionsgas
übertragen und den Rest der fühlbaren Wärme an den einräumigen WärmeaustauscherD
abgeben. Die Richtung der Heizgase wechselt periodisch.
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Der Betrieb der Vorrichtung wird durch das folgende Beispiel erläutert:
Vor Inbetriebnahme geht die übliche Anheizung voraus. Das Anheizen erfolgt beispielsweise
so, daß zuerst Kahgas durch E hindurchgeschickt, in C zur Zündung gebracht und die
Wärme nach D wieder abgeführt
wird. Daraufhin wird die Beheizungsrichtung
gewechselt und E aufgeheizt. Nachdem E und D und der Reaktionsraum die gewünschte
Temperatur- erreicht haben, wird durch A über C nach B ein wärmeübertragendes Gas,
z. B. Luft, geleitet und B aufgewärmt, bis die gewünschten Temperaturen in A und
B erreicht sind. Während dieser Zeit wird das Heizgas im Wechselbetrieb durch E
und D geschickt. Nachdem das gewünschte Wärmegleichgewicht in A, B, D und E erreicht
ist, wird der Apparat in der vorher angegebenen Weise betrieben.
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Die Vorrichtung bietet den Vorteil, daß man die Beheizungsrichtung
E-D unabhängig von der Reaktion beliebig oft wechseln kann und so nach den bekannten
Prinzipien des regenerativen Betriebes zu beliebig kleinen Temperaturdifferenzen,
d. h. zu praktisch konstanten Temperaturen im Heizraum gelangt.
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Die automatische Regelung ermöglicht es, die Heizgasmenge mit der
Reaktionsgasmenge auszugleichen, so daß für einen bestimmten Wärmebedarf eine bestimmte
Wärmelieferung erfolgt.
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Die vorstehend geschilderte Vorrichtung ist beispielsweise für die
Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasser, Kohlensäure, ungenügenden Mengen Sauerstoff
oder sauerstoffhaltigen Gasen geeignet. Sie dient des weiteren zur praktischen Durchführung
der kurzzeitigen Erhitzung von Methan und anderen aliphatischen Kohlenwasserstoffen,
vornehmlich auf Temperaturen über 10000, wobei diese mehr oder weniger weitgehend
in kohlenstoffreichere Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff aufgespalten werden. Sie
ist darüber hinaus zur Durchführung sämtlicher technischer Gasreaktionen geeignet,
die unter mehr oder weniger großem Wärmeverbrauch vor sich gehen.
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Es ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die zur Kondensation der
in Luft und Gas enthaltenen Dämpfe bestimmt ist. Beim Betriebe dieser Vorrichtung
erfolgt - eine Änderung des Aggregatzustandes der zu kondensierenden Dämpfe. Die
Besonderheit des angewandten Kühlverfahrens liegt in der Erzeugung der Kälte durch
Verdunsten einer Flüssigkeit, die bei diesem Vorgang einen hohen Wärmeverbrauch
hat. Das wärmeverbrauchende Mittel muß nach der Verdunstung wieder kondensiert werden.
Infolgedessen sind in der bekannten Vorrichtung zwei zweiräumige Kälteaustauscher
vorhanden, die abwechselnd als Verdampfer und Kondensator benutzt werden. Das Vorhandensein
von zwei zweiräumigen Kälteaustauschern bedingt die Anbringung einer Reihe besonderer
Hilfsvorrichtungen, wie Drosselventile, Umschaltventile usw. Im Gegensatz dazu wird
bei der Wärmeaustauschvorrichtung laut Erfindung nur ein zweiräumiger Wärmeaustauscher
benutzt. Eine besondere Ausbildung der Apparatur zur Kondensation einer vergasten
Flüssigkeit ist nicht erforderlich. Da die Vorrichtung vornehmlich zur Durchführung
von Reaktionen, die einen hohen Wärmebedarf haben, dienen, so wäre eine Ausführung
derselben bei den benötigten hohen Temperaturen unter Verwendung der gleichen Hilfsvorrichtungen,
wie Drosselventile, Umschaltventile usw., nach Art der bekannten Vorrichtung nicht
möglich. Letztere benutzt nur in einer Richtung Regeneratoren zur Kälteübertragung
Bei der neuen Vorrichtung wird der Wärmeaustausch jedoch sowohl bei dem abgehenden
Reaktion gas wie auch Heizgas durchgeführt.