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Verfahren zur Teilverbrennung von Methan mit Sauerstoff Im Hauptpatent
ist ein Verfahren zur Teilverbrennung von Methan mit Sauerstoff beschrieben, bei
dem das methanhaltige Gas abwechselnd durch den einen der beiden Schächte eines
Zweischachtofens eingeleitet und durch den anderen herausgeführt wird. In demjenigen
Schacht, in den das Frischgas eingeleitet wird, wird unten Sauerstoff eingeblasen.
Das Gasgemisch erwärmt sich beim Durchströmen der Koksfüllung der Schächte, kommt
dann in die Brennzone, in welche der Sauerstoff eingeblasen wird und in der die
Umsetzung des Methans zu Kohlenoxyd und Wasserstoff erfolgt, strömt dann durch den
anderen Schacht hinaus, wobei es seinen Wärmeinhalt an die Koksfüllung abgibt. Nach
;einer bestimmten Zeit, z. B. nach 5 bis i o Minuten, wird,die Gasrichtung umgekehrt
und das Frischgas in denjenigen Schacht oben eingeführt, durch den bisher das umgesetzte
Gasgemisch abzog. Der Sauerstoffstrom wird dann ebenfalls umgeschaltet und der Sauerstoff
während dieser Periode wieder in denjenigen Schacht eingeführt, in dem -las Frischgas
angewärmt und hingesetzt wird.
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Man führte die gesamte Sauerstoffmenge demjenigen Schacht zu, in welchen
das Frischgas eintrat, weil die Koksmasse des anderen Schachtes zur Abkühlung des
erzeugten Gases dienen sollte und daher eine Beheizung dieses Schachtes durch Zuführung
von Sauerstoff unzweckmäßig erschien. Weiterhinerschien es geboten, das Methan in
unmittelbarem. Anschluß an die Vorwärmung zu oxydieren, um einen Zerfall unter Rußabscheidung
zu vermeiden.
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Es ist ein Methanspaltverfahren bekannt, bei dem in Regeneratoren
oder R-ekuperatoren vorgewärmte Heißblaseluft einem Bett von Koks oder feuerfestem
Material durchmehrere
längs des Koksbettes verteilte Düsen aus einer
allen Düsen gemeinsamen Verteilungsleitung in Mangen, die je nach Lage der Einblasestelle
verschieden sind, zwecks Heißblasens der Koksschicht und Verbrennung abgelagerten
Rußes zugeführt wird. Die größte Luftmenge wird nahe dem Ende der Koksschicht eingeblasen,
dort, wo in der Krackperiode das kohlenwasserstoffhaltige Gas in die Reaktionszone
eintritt. Die erblasenen Gase werden in einem Wärmespeicher verbrannt. Nach dem
Heißblasen wird der Luftstrom stillgesetzt und über den Regenerator dem Koksbett
kohlenwasserstoffhaltiges Gas zugeführt, welches dabei in Kohlenstoff und Wasserstoff
zerfällt. Das Verfahren arbeitet also absatzweise.
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man bei der Ausführung
des Verfahrens nach dem Hauptpatent günstigere Ergebnisse erzielt, wenn man den
Sauerstoff nicht zusammen mit dem Gasstrom umschaltet, sondern dauernd je die Hälfte
des Sauerstoffs den beiden Brennrä timen unter den beiden Schächten zuführt. Diese
Maßnahme widerspricht zunächst dem Regenerativprinzip, weil ja durch die dauernde
Zuführung von Sauerstoff die Ofenschächte auch dann beheizt werden, wenn sie zur
Abkühlung des entstandenen H@- CO-Gemisches dienen sollen. Es hat sich aber gezeigt,
daß tatsächlich keine Wärmeverluste hierdurch auftreten, dafür kann man mit dieser
Maßnahme eine noch «-eitergehende Aufspaltung des Methans als bei der Arbeitsweise
des Hauptpatents erzielen und erreicht, daß das in den Ofen eingeführte Methan sich
zu 95 bis 990ö umsetzt. Der Niedergang des Kokses aus den Schächten in die Brennzonen
ist gleichmäßiger. Feiner wird die Gefahr des Rückschlagens von Ofengas in die bei
der Arbeitsweise des Hauptpatents zeitweise stillgelegten Zweige der Sauerstoffleitungen
ausgeschaltet.
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Die angeführten Vorteile dürften aus folgenden Gründen erzielt worden
sein. Es ist an sich richtig, daß die Geschwindigkeit und die Vollständigkeit der
Methanspaltung von der Temperatur abhängt, so daß mit Steigerung der Temperatur
in der Reaktionszone die Reaktion im gewünschten Sinne begünstigt wird. Neben der
Temperatur spielt jedoch auch die Gasströmung eine große Rolle. Das zu erhitzende,
von oben einströmende methanhaltige Gas versucht sich dadurch der Erhitzung zu entziehen,
daß Gasanteile nicht durch die Zonen der höchsten Temperatur, sondern um sie herumströmen;
sie entgehen so der Umsetzung, weil von den Brennräumen eine kräftige Strömung des
erzeugten heißen Kohlenoxyds ausgeht, welche das von oben kommende Gas beiseitedrängt.
Wenn man nun gemäß der Erfindung unter beiden Schächten dauernd Brennzonen hoher
Temperaturen aufrechterhält, dann wird das Gas nicht nur durch eine einzige, sondern
hintereinander durch zwei Zonen hoher Temperatur geführt, wobei Gelegenheit zu einer
praktisch vollständigen Umsetzung des Methans gegeben ist. Es konnte z. B. festgestellt
werden, daß nach dem Durchgang durch die erste Brennzone mehr als 8o% des eingeführten
Methans umgesetzt waren und daß dann in der zweiten Feuerzone der praktisch vollständige
Abbau des Methans erfolgte. Diese Wiederholung der Umsetzung ist also insgesamt
wirkungsvoller als die Steigerung der Temperatur in einem der beiden Schächte durch
wechselweises Zuführen des gesamten Sauerstoffs zu diesen Schächten.
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Für die Durchführung der neuen Arbeitsweise ist es ferner wesentlich,
daß jedem der beiden Öfen der Sauerstoff durch voneinander unabhängige Leitungen
zugeführt wird. Im Betrieb des Ofens ist der Gasdruck im Brennraum desjenigen Schachtes,
durch den das erzeugte Gas abzieht, niedriger als im anderen Brennraum. Besonders
groß ist die Verschiedenheit der Gasdrucke in den beiden Brennräumen, wenn in einem
der beiden Schächte durch eine Störung eine Behinderung des Gasdurchganges besteht.
Würde man den beiden Öfen den Sauerstoff auseiner gemeinsamen Ringleitung zuführen,
so würde derjenige Ofen mehr Sauerstoff annehmen, in dessen Brennraum der kleinere
Gasdruck -herrscht. Die Folge wäre ein gesteigerter Koksverbrauch und eine gesteigerte
Wärmeentwicklung in diesem Ofenteil zuungunsten des anderen. Durch die Umschaltung
des Gases werden solche Ungleichheiten der Wärmezufuhr, auch wenn sie nur geringfügig
sind, erheblich verstärkt, und der Betrieb des Ofens wird dadurch beeinträchtigt.
Erfindungsgemäß wird daher jeder der beiden Öfen aus einer besonderen Ringleitung
derart mit Sauerstoff versorgt, daß jeder Ofen unter Meßkontrolle zwangsläufig diejenige
Sauerstoffmenge erhält, die für eine gleiche Behandlung beider Öfen notwendig ist.
Im allgemeinen wird man jedem Ofen die gleiche Sauerstoffmenge zuführen. In Sonderfällen
kann zur Beseitigung etwa aufgetretener Ungleichmäßigkeiten der eine oder andere
Ofen stärker mit Sauerstoff beaufschlagt werden.
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Mit dem bekannten diskontinuierlichen Methanspaltverfahren hat das
erfindungsgemäße Verfahren gemeinsam, daß durch die gleichzeitige Beaufschlagung
des Koksbettes mit Sauerstoff bzw. Luft an verschiedenen Stellen eine in Richtung
des Gasstromes lange Reaktionszone geschaffen wird. Während jedoch die Anwendung
dieses an sich bekannten
Gedankens auf das diskontinuierliche Methanspaltverfahren
zu der Vorschrift geführt hat, die Reaktionszone dort am stärksten zu beheizen,
wo später das Methan in das Koksbett eintritt, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren
die Vorschrift gemacht worden, beide Hälften der gegenüber dem Verfahren des Hauptpatents
verlängerten Reaktionszone gleichmäßig mit Sauerstoff zu beaufschlagen und zweckmäßig
dafür voneinander unabhängige Leitungen vorzusehen; das bekannte Verfahren benutzt
eine gemeinsame Luftleitung für alle Düsen. Während ferner beim diskontinuierlichen
Verfahren die beim Heizen entstehenden heißen Gase im Gegenstrom zum später eintretenden
Methan aus dem Ofen abgeführt werden, führt man sie beim @erfindungsgemäßen Verfahren
in Richtung des Gasstromes ab. Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß letztere
Maßnahme dem Regenerativprinzip widerspricht und somit PATENTANSPRÜCHE: