DE613507C - Ofen zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen - Google Patents

Description

• Ofen zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen von Koksofengasen oder ähnlichen Gasen beschrieben, welches unter Druck und bei Temperaturen von 130o°, und mehr in Ab- wesenheit von Katalysatoren, unter Erzeugung der Reaktionswärme durch Zusatz von sauerstoffhaltigen Gasen unter Anwendung eines Überschusses von Wasserdampf arbeitet. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die Vermeidung von Kohlenstoffabscheidungen.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Ofenkonstruktion, die die nach dem Verfahren erreichte Vermeidung der Kohlenstoffabscheidung in vollkommener Weise sichert. Es ist bereits bekannt, Gasreaktionen der beschriebenen Art in liegenden Öfen (z. B. System Kuhlmann) auszuführen. In diesem Fall wird auch bei dem eingangs erwähnten Verfahren eine gewisse Kohlenstoffabscheidung nicht zu vermeiden sein. Dagegen zeigte es sich, daß senkrechte Ofenkonstruktionen die Rußbildung weitgehend vermeiden und unter Einhaltung weiterer Bedingungen vollkommen ausschalten. Zunächst ist es fernerhin notwendig, die Einleitung der sauerstoffhaltigen Gase in der Mitte des Ofens zu bewirken. Die zu einem sparsamen Arbeiten unbedingt notwendigen Wärmeaustauscher für die fühlbare Wärme der Gase müssen so angeordnet sein, daß sie in der Zone höherer Temperaturen aus Steinschüttungen mit großen freien Räumen und in den Zonen niederer Temperatur aus Lochsteinstapeln mit kleinen freien Räumen bestehen; weiterhin ist es notwendig, daß sich diese Regeneratoren senkrecht oberhalb bzw. unterhalb der Verbrennungskammer befinden. Vorteilhaft wird zur Aufrechterhaltung gleicher Temperaturen der Gasstrom in regelmäßigen Intervallen umgeschaltet, so daß also die frischen Gase jedesmal an einem Ofenende eintreten, den betreffenden senkrechten Wärmespeicher durchströmen, in den Verbrennungsraum gelangen und dann ihre fühlbare Wärme an den zweiten Wärmespeicher wieder abgeben.
• Ein weiterer Vorteil der besonderen Ausführung und Anordnung der Regeneratoren ist der, daß große Wärmeaustauschflächen, die bei hohen Temperaturen nicht lange halten, vermieden werden. Die Aufteilung in zwei Zonen ermöglicht es, bei der die Zone höherer Temperaturen große freie Räume und demnach kleine Gasgeschwindigkeiten und die Zone niedrigerer Temperaturen kleine freie Räume und demnach große Gasgeschwindigkeiten besitzt, die Rußbildung fast vollständig zu vermeiden, wie schon erwähnt. Da der Ruß sich nur bei niedrigen Temperaturen und langsamer Strömung des Gases bildet, so wird diese Gefahrenzone schnell durchströmt, während in den Zonen höherer Temperaturen, in denen die Umsetzung des Methans später beginnt, wegen der kleinen Geschwindigkeiten genügend Zeit für die Hauptumsetzung zur Verfügung steht. Durch die senkrechte Anordnung des Ofens wird vermieden, daß die eingebauten Wärmespeicher nach einer gewissen Betriebszeit zusammensacken und dadurch im oberenTeil der Stapel das Gas leichter hindurchgeht als im unteren Teil. Hierdurch ergibt sich nätnlich an den Stellen kleiner Strömungsgeschwindigkeiten starke Rußbildung bzw. an den Stellen großer Strömungsgeschwindigkeiten schlechte Umsetzung des Gases. Die vorgeschlagene Anordnung gestattet dagegen ein Nachrutschen der Wärmespeicherfüllung, ohne daß der Widerstand an einzelnen Punkten des Querschnittes verschieden wird. Das Gas muß also immer gleichmäßig den ganzen Ofen durchströmen. Dadurch, daß die Zone höchster Temperaturen, also der Verbrennungsraum in der Mitte des Ofens und die beiden Wärmespeicher darüber und darunter angeordnet sind, fällt jedes Fortleiten von hocherhitzten Gasen durch Rohre fort. Die Gase treten verhältnismäßig kühl in den Ofen ein und auch verhältnismäßig kühl aus dem Ofen aus.
• Ein weiterer Vorteil der neuen Ofenkonstruktion besteht in der Ersparnis an hochwertigem, feuerfestem Material, das nur für die eigentliche Verbrennungskammer verwendet werden muß.
• Der Ofen ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und besteht aus einem druckfesten Blechmantel e, der eine feuerfeste Ausmauerung f besitzt. Die Gase treten abwechselnd oben und unten in den Ofen ein und verlassen ihn jeweils unten bzw. oben. Die Umsteuerung der Gasströmung geschieht durch die Gaseintrittsventile e1 und e2 sowie durch die Gasaustrittsventile cal und a2. Wenn beispielsweise das Eintrittsventil e2 geschlossen und das Eintrittsventil e1 offen ist, so muß das Austrittsventil a1 geschlossen und das Austrittsventil cal offen bleiben. Die Gasströmung nimmt also folgenden Weg: Eintritt durch e1, Durchströmung des Ofens von oben nach unten, Austritt durch a2 ". Nach einer bestimmten Betriebszeit wird umgeschaltet. Nunmehr ist e2 offen und e1 geschlossen. Entsprechend wird a1 geöffnet und a2 geschlossen, so daß die Gasströmung nach der Umsteuerung folgende Richtung nimmt: Eintritt durch e2, Durchströmung des Ofens von unten nach oben, Austritt durch a1. Nach der nächsten Umsteuerung haben die Ventile wieder die gleiche Stellung wie zu Anfang.
• Der Ofen ist senkrecht angeordnet und hat in der Mitte einen Raum a, der ungefüllt bleibt. Oberhalb und unterhalb a befinden sich die Steinfüllungen c. Diese Füllungen bestehen aus hochfeuerfestem Material, das verhältnismäßig große Zwischenräume besitzt, so daß das Gas genügend Zeit hat, um sich umzusetzen. An den beiden Enden des Ofens befinden sich die Füllungen d, die auch aus feuerfestem Material bestehen, jedoch so gewählt sind, daß das Gas hierin eine hohe Geschwindigkeit erhält. Hierdurch wird die Anwärmezeit sehr stark abgekürzt, so daß Zersetzungen dei schweren Kohlenwasserstoffe und Rußbildungen nicht eintreten können. Bei b tritt die Luft bzw. sauerstoffhaltiges Gas, ein. Dieses durchströmt den Ringkanal k und gelangt durch Düsen k in den Verbrennungsraum. Während der Gasstrom des umzusetzenden Gases dauernd in gewissen Zeitabständen umgesteuert wird, findet im Strom der eintretenden Luft keine Veränderung statt.
• Die Wirkungsweise des Ofens ist folgende: Angenommen, das Gas tritt von oben in den Ofen ein. Es durchströmt sehr schnell den Teil d, wärmt sich hierbei an, ohne daß Kohlenstöffausscheidungen erfolgen, und beginnt im Teil c sich umzusetzen. Bei Verlassen des Teiles c ist schon fast das ganze Methan umgewandelt. Nun gelangt das Gas in den Raum a und verbrennt zum Teil mit der hier zuströmenden Luft. - Infolge der Temperaturerhöhung werden die restlichen kleinen Mengen Methan, die nach Durchgang durch c noch übrigbleiben, ebenfalls umgesetzt. Danach tritt das Gas mit erhöhter Temperatur in die unterliegenden Stapel c und d ein, erwärmt diese beiden Regeneratoren und kühlt sich selbst dabei ab. Schließlich tritt das Gas, durch a2 abgekühlt, mit cainer Temperatur von 30o bis 40o° C aus.
• Nach der Umschaltung tritt das Gas bei e= ein und durchströmt zunächst die beiden unteren Regeneratoren d und c, die beim vorherigen Spiel erwärmt worden waren. Es findet wieder Anwärmung und Umsetzung statt. In a wird die nötige Reaktionswärme durch die weiter einströmende Luft erzeugt, und danach werden die Regeneratoren c und d von dem umgesetzten Gas wieder aufgeheizt. Dann erfolgt wieder die Umschaltung, und das Gas strömt von oben nach unten wie zuerst.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ofen zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen, vorzugsweise methanhaltigen, insbesondere Koksofengasen mit Wasserdampf und Luft bzw. sauerstoffhaltigen Gasen unter erhöhtem Druck unter Anwendung eines Wasserdampfüberschusses ohne Anwendung von Katalysatoren bei Temperaturen von 130o° oder mehr, bei dem um eine Verbrennungskammer Regeneratoren angeordnet sind, in denen der Wärmeaustausch zwischen umgesetzten und ankommenden Gasen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht über und unter der Verbrennungskammer angeordneten Regeneratoren in den Zonen höherer Temperatur aus Steinstapeln mit großen freien Räumen und in der Zone niedriger Temperatur aus Lochsteinstapeln mit kleinen freien Räumen bestehen. z. Ofen nach Anspruch-r, gekennzeichnet durch eine zentrale Zuleitung in der Mitte des Ofens für die sauerstoffhaltigen Gase.