DE572893C

DE572893C - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung von Reaktionen bei hohen Temperaturen

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Publication number: DE572893C
Application number: DER80649D
Authority: DE
Original assignee: Ruhrchemie AG
Current assignee: Ruhrchemie AG
Priority date: 1931-02-08
Filing date: 1931-02-08
Publication date: 1933-03-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen bei hohen Temperaturen Die Durchfullrung kurzzeitiger Reaktionen, besonders organischer Verbindungen,-bei hohen Temperaturen begegnet großen Schwierigkeiten. Bei den in Frage stehenden Temperaturen, die häufig über 10000 liegen, ist metallisches Material chemisch nicht widerstandsfähig und physikalisch nicht fest genug, um für längere Zeit verwendet werden zu können. Man verwendet daher in der Technik beispielsweise für die Kokereigaserzeugung. Wassergaserzeugung usw. Regenerativöfen, deren Wandungen aus feuerfestem Steinmaterial bestehen. Die Durchführung der Reaktionen erfolgt beispielsweise bei der Wassergasherstellung in der Weise, daß das umzusetzende Material sowie die Ofenwandungen und Ausmauerungen zunächst heißgeblasen werden, worauf die wärmeverbrauchende Reaktion unter Wärmeaufnahme aus dem vorher erhitzten Material und den Wandungen bzw. der Ausmauerung durchgeführt wird.
Es ist vorgeschlagen worden, kurzzeitige Reaktionen, besonders mit organischen Körpern, bei hohen Temperaturen in Vorrichtungen durchzuführen, in denen vier Regeneratoren derart zueinander angeordnet sind, daß die durch je zwei dieser Regeneratoren, zweckmäßigmitunabhängig wechselnder Strömungsrichtung geführten Gasströme sich kreuzen und daß sich an der Kreuzungsstelle ein zweiräumiger Wärmeaustauscher befindet, in dem die für die Reaktion notwendige Wärme vom Heizgas auf das Reaktionsgas übertragen wird. In einer solchen Vorrichtung ist ein so häufiger Wechsel, wie er zwangsläufig in einem einfachen Regenerator notwendig ist, nicht erforderlich. Als besonders zweclçmäßig erwies sich die Verwendung eines Querstromblockes aus einem gut wärmelei tenden und gut temperaturbeständigen Ma, terial, der mit Querbohrungen und Längsbohrungen für die einzelnen Gasarten versehen ist. Bei sämtlichen Ausführungsarten können die Reaktionen bei gewöhnlidem, erhöhtem oder vermindertem Druck durchgeführt werden.
Bei den genannten Vorrichtungen ist es nicht möglich, das Reaktionsgemisch unmittelbar aus der heißen Zone herauszunehmen, da das Reaktionsgas nach dem Passieren der Kreuzungsstelle noch durch eine Regenerativvorrichtung hindurchtritt, in der es zwar Wärme abgibt, aber nicht genügend weit her. untergekiihlt werden kann; so ist die Möglichkeit zur weiteren Umwandlung der bei der kurzzeitigen hohen Erhitzung der Ausgangsstoffe gebildeten Verbindungen gegeben, wodurch empfindliche Einbuße an der Ausbeute der erstrebten Verbindungen entstehen kann.
Es wurde gefunden, daß diese Nachteile vermieden werden, wenn kurzzeitige Reaktionen bei hoher Temperatur in Vorrichtungen durchgeführt werden, welche Leitungen beispielsweise Rohre für das Heizgas enthalten, die beiderseitig mit den üblichen Vorrichtungen zur Wärmeregeneration versehen sind. Quer zu den Leitungen für die Heizgase gehen in der genannten Vorrichtung Leitungen für das Reaktionsgas. Die Richtung des Reaktionsgases wird im Gegensatz zu derjenigen des Heizgases nicht gewechselt.
Die Wärme des Reaktionsgases wird anschließend in beliebiger Weise beispielsweise zur Dampferzeugung nutzbar gemacht. Bei der Benutzung derartiger Vorrichtungen gelingt es, die Reaktionsprodukte nach der Erhitzung unmittelbar aus dem gefährlichen Temperaturbereich herauszunehmen. Gleichzeitig wird die Wärme des Reaktionsgases in zweckentsprechender Weise verwertet.
Die Leitungen für das Reaktionsgas oder das Heizgas können in beliebiger Weise ausgeführt sein. Es können Systeme von nebeneinanderliegenden Rohren verwendet werden, wobei also nebeneinanderliegende Rohre für das Heizgas mit solchen für das Reaktionsgas abwechseln. Für die beiden Gasarten können quer zueinander liegende, in beliebiger Weise angeordnete Rohrsysteme verwendet werden. Es kann aber auch ein Querstromblock benutzt werden, in dem Querbohrungen und Längsbohrungen für Reaktionsgas bzw.
Heisgas vorhanden sind. Mit der vorliegenden Vorrichtung gelingt die Einstellung einer bestimmten Zeitdauer auch bei Benutzung großer Reaktionsräume ohne besondere Schwierigkeit.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in den Reaktionsräumen und Heizräumen den gleichen Druck aufrechtzuerhalten, um einer Vermischung von Reaktionsgasen und Verbrennungsprodukten vorzubeugen. Bei der Durchführung von Umsetzungen bei Unterdruck wird zweckmäßig ein etwas höherer Druck im Reaktionsraum gewählt. Auf diese Weise wird eine Vermischung des Umsetzungsgases mit den Verbrennungsprodukten verhindert, während der geringe Verlust an Reaktionsprodukten praktisch ohne Bedeutung ist.
Es ist bereits bekannt, bei der Umwandlung gasförmiger Kohlenwasserstoffe diese in Form eines sehr dünnen Stromes einer gleichmäßig fortschreitenden Heizung und nach Erreichung der höchsten Temperatur einer plötzlichen Abkühlung zu unterwerfen, wobei die Reaktionsprodukte mittels Vakuums entnommen werden müssen. Die bekannte Ausführungsweise hat den wesentlichen Nachteil, daß die Erreichung der höchsten Temperatur unter allmählicher Anheizung geschieht, während bei dem vorliegenden Verfahren die zu behandelnden Gase unmittelbar in die Zone der Höchsttemperatur eintreten und diese wieder verlassen.
Die Zeichnung gibt ein Beispiel für eine Vorrichtung, die nach dem beschriebenen Verfahren arbeitet.
Das Reaktionsgas tritt in das Ofensystem durch die Zuführung I ein, passiert den Ofen in den Durchleitungen 4 und gibt seine Wärme im Dampfkessel 6 ab. Die Durchtrittsgeschwindigkeit des Reaktionsgemisches wird mit Hilfe der Regelvorrichtung 2 bestimmt. 3 bezeichnet den Ablaß für das Reaktionsgas.
Die Zuführung der Luft für das Brenngas erfolgt von den Stellen g aus zu den Umstellhähnen 10 für Rauchgasabsaugung und Luftzuführung. Die zutretende Luft wird in dem Regenerator 7 angewärmt und vermischt sich nach Austritt aus diesem mit dem Brenngas, das aus den Zuführungen 8 eingebracht wird.
Die Wärmeübertragung des Brenngases erfolgt in den (angedeuteten) Durchleitungen 5, die quer zu den Durchleitungen für das Reaktionsgas in dem Mittelstück des Ofens sich befinden. Das Rauchgas gibt in dem auf der anderen Seite angeschlossenen Regenerator seine Wärme ab, um dann nach Austritt aus diesem durch die Pumpe 11 das System zu verlassen; 12 sind Ein- und Auslaß für den Dampfkessel.
Ausführungsbeispiele I. Wassergasbildung aus CH4 Durch einen Querstromblock aus geeignetem feuerfestem Material mit quer zueinander liegenden Durchführungen für das Reaktionsgas und das Heizgas wird durch die Reaktionskanäle 3. m3/h Methan-Sauerstoff-Gemisch folgender Zusammensetzung durchgeleitet: CO2 0,1 %, CnHn 2,0%, O2 34 # 0%, CO2#0%, H2 0,8%, CH4 58,4%, N2 2,5%.
Die Temperatur im Reaktionsraum beträgt 1250°C, die Aufenthaltszeit des Methans im Reaktionsraum beträgt etwa 0,02 Sek. Im Reaktionsraum herrschte ein Überdruck von 6 mm gegenüber dem Heizraum. Das Endgas hat bei einer Expansion von 20 °jo folgende Zusammensetzung: C O2 2,4 0/o, C2 112 10,6 %, Cn11n o, %, O2 0,4 0Jo, CO 25,6 6°/o, H2 53,6 %, CH4 4,4 %, N2 2,4 %.
2. Acetylenbildung aus Methan und Wasserdampf In einem Querstromblock werden Methan und Wasserdampf bei normalem Druck und einer Temperatur von I2750 C durchgesetzt.
Die Methanfraktion bat folgende Zusammensetzung: CO2 o, %, CnHn 3,60/,, °2 I,6 (0, CO 6,9 %, H2 3,5 %, CH4 74,3 %, N2 10 %.
Bei einem Durchsatz einer CH4-Fraktion von 3 m3/h entsprechend einer Aufenthaltszeit von o,o25 Sek. im Reaktionsraum werden 2 m3/h Wasserdampf dem Gase zugesetzt.
Unter diesen Bedingungen hatte das Endgas bei einer Expansion von etwa 20 % die Zusammensetzung: CO2 0,0%, C2H2 7,2%, CnHn 2,2 %, O2 0,4 %, CO 5,1 %, H2 28,8 %, CH4 48,5 Oio, N2 7,8 %.
3. Acetylendarstellung aus CH4 unter Vakuum 3 m3 einer CH4-Fraktion mit folgender Zusammensetzung: CO2 0,0%, CnHn 0,6%, CO o,6 0/,, H2 2,00/,, CH4 92,40(0, N2 4,4 % werden durch einen Querstromblock bei einer Temperatur von I3200 geleitet. Die der Durchsatzmenge entsprechende Aufenthaltsdauer betrug 0,031 Sek. Der Druck im Reaktionsraum betrug 130 mm Hg. Die Heizung des Blockes erfolgte bei einem Druck von I20 mm Hg. Das erhaltene Endgas hatte bei einer Expansion von 35 % folgende Zusammensetzung: CO2 0,0 %, C2H2 6,4 %, Cn11n 1,8 %, °2 0,1 %, CO 0,7 0/,, H2 39,4010, CH4 49,6 Olo, N2 2,0 010.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Verfahren zur Durchführung von Reaktionen bei hohen Temperaturen, besonders von kurzzeitigen Reaktionen gasförmiger organischer Verbindungen mit hohem Wärmebedarf, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionen in einer Heizungsvorrichtung, beispielsweise einem Ofen, durchgeführt werden, der mit Längsleitungen für das Heizgas und Querleitungen für das Reaktionsgas versehen ist, wobei beiderseits für das Heizgas in üblicher Weise betriebene Wärmewiedergewinnungsvorrichtungen benutzt werden, während die Durchleitung des Reaktionsgases in der einmal gewählten Richtung erfolgt und die Wärme des austretenden Reaktionsgases in beliebiger Weise, beispielsweise zur Dampferzeugung, nutzbar gemacht wird.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in den getrennten Räumen, in denen die Reaktion bzw. die Heizung erfolgt, der gleiche Druck aufrechterhalten wird.
3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktionsraum ein höherer Druck als im Heizraum aufrechterhalten wird.
4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterdruck gearbeitet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 4, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung, beispielsweise einen Ofen, mit Längsleitungen für das Heizgas und Querleitungen für das Reaktionsgas, Wärmewiedergewinnungsvorrichtungen für das in verschiedener Richtung zu führende Heizgas und beliebige Vorrichtungen für die Ausnutzung der Wärme des austretenden, in der einmal gewählten Richtung geführten Reaktionsgases.
6. Äusführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum aus einem Querstromblock aus feuerfestem Material mit quer zueinander liegenden Durchfiihrungen für das Reaktionsgas und das Heizgas besteht.