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Vorrichtung zur thermischen Umwandlung von Gasen unter Druck
Bei der
Teilverbremlullg von Gasen zum Zweck ihrer thermischen Umwandlung nach einem nicht
vorveröffentlichten Vorschlag werden metlianhaltige Gase durch Teilverbrennung mit
Sauerstoff unter Druck und gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf und/oder
I(ohlensäure auf Temperaturen von etwa I3000 erhitzt, wobei das Methan gespalten
und eine gewünschte Zusammensetzung des Endgases erreicht wird. Das mit hoher Temperatur
aus dem Verbrennungsraum strömende heiße Gas kann seine fühlbare Wärme z. B. zur
Dampferzeugung oder zur Vorerhitzung des der Spaltung zugeführten kalten Gases oder
zu beiden Zwecken abgeben.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einem inneren und einem diesen umgebenden
äußeren, druckfesten, z. 13. eisernen Behälter. Der innere Behälter, in dem die
Spaltung ausgeführt wird, ist mit feuerfestem Mauerwerk ausgekleidet und außen von
Wasser umgeben, welches den zwischen beiden Behältern liegenden Raulm füllt. Das
heiße Gas strömt aus dem Verbrennungsraum durch im Wasseraum liegende Rohre ab,
die, z. B. vom oberen Ende des Innenbehälters ausgehend und in Bogenform abbiegen
nach dessen unterem Ende laufen, so daß Spannungen in den Rohren vor allem an den
oberen Einwalzstellen vermieden werden. Zur Vermeidung von Spannungen oderUndichtigkeiten
trägt wesentlich auch die sehr gleichmäßige Temperaturverteilung bei, die durch
die Erfindung im Wasser-
raum, in den Rohren und in den Behälterwandungen
geschaffen wird.
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Der Brenner wird zweckmäßig unten im Verbrennungsraum angeordnet,
vorteilhaft derart, daß er den Verbrennungsraum nach unten abschließt.
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Der.Brenner kann mit Kühlung versehen, z. B. mit Kühlräumen oder Kanälen
ausgestattet sein, die zweckmäßig ebenfalls unter Druck gehalten werden können.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur teilweisen oder
völligen Verbrennung von gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoffen für andere
Zwecke dienen.
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Die Hydrierung von Kohle oder Kohlenwasserstoffen oder andere katalytische
Reaktionen sind schon in Einrichtungen durchgeführt worden, die aus zwei ineinanderliegenden
und gegeneinander abgeschlossenen Gefäßen bestanden; Von diesen war das innere dünnwandig
und das äußere drucktragend ausgebildet, und es war der Raum zwischen den beiden
Gefäßen mit einer Flüssigkeit gefüllt, die den Zweck hatte, den Reaktionsraum auf
gleichmäßiger Temperatur zu halten und die gegebenenfalls in ständigem Strom durch
den Flüssigkeitsraum zwischen den beiden Behältern geführt werden konnte. Hierbei
hat man den Reaktionsraum auch schon als Rohrsystem ausgebildet, durch das die zur
Reaktion gelangenden Stoffe hindurchströmten. Diese bekannten Einrichtungen sind
indessen für solche Reaktionen ungeeignet, die bei hohen Temperaturen von etwa 6000
und darüber -verlaufen. Auch kann !die Erfindung nicht mit Einrichtungen, bestehend
aus einem Reaktionsraum und mehreren den Reaktionsraum umgebenden Mantelräumen,
verglichen werden. In diesen Mantelräumen waren zwei Leitungssysteme vorgesehen,
von denen das eine von den zur Reaktion gelangenden und das andere von den aus dem
Reaktion raum austretenden Gasen durchströmt wurde. Denn diese Einrichtungen bewirkten
nur einen Wärmeaustausch zwischen den beiden strömenden Gasen, waren aber wenig
geeignet für die Durchführung von bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck verlaufenden
Reaktionen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise und schematisch
in der Zeichnung dargestellt.
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I ist der innere Behälter, 2 der diesen umgebende äußere Behälter.
Der innere Behälter wird nach unten durch Brenner 3 abgeschlossen. Zur Abführung
der heißen Verbrennungsgase dient ein Rohrsystem 4. In diesem geben die heißen Gase,
die im Verbrennungsraum entstehen, ihre Wärme zur Dampferzeugung ab. Den Verbrennungsraum
umgibt ein eisernerHohlzylinder; dieser ist nach unten und oben durch geeignete
Böden abgeschlossen, von denen der oben befindliche eine verschließbare Öffnung
7 hat. Das Mauerwerk ist im oberen Teil des inneren Behälters I derart gesetzt,
daß Wärmeverluste des Gases und damit ein Temperaturabfall bei der thermischen Umwandlung
der Gase möglichst vermieden werden. Dient die FVorschr--ift für andere Zwecke,
so kann man auf die Ausmauerung des inneren Behälters gegebenenfalls verzichten.
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Der äußere Behälter 2 besteht aus dem unteren Stück8 und dem zylindrischen
Teil 9 mit einem oberen Boden, der den Dampfdom -10 trägt.
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Die Teile 8 und 9 sind durch Flanschen ,IfI miteinander verbunden.
Durch Lösen der Flanschverbindung kann das Rohrsystem mit dem inneren Behälter leicht
herausgenommen werden. Der Raum zwischen innerem und äußerem Behälter ist mit Wasser
derart angefüllt, daß der innere Behälter möglichst allseitig vom Wasser umspült
wird. Das Rohrsystem 4 besteht aus einzelnen Rohren, die am oberen Ende des inneren
Heizzylinders eingewalzt oder eingeschweißt sind und mit Bögen nach dem unteren
Ende des Druckbehälters geführt sind.
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Durch diese Anordnung werden Spannungen weitgehend vermieden.
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In den Brenner strömt das kalte oder vorerhitzte Gas durch den Stutzen
I2, während die Luft oder der Sauerstoff bei I3 eingeleitet werden. Kammern 14 od.
dgl. in dem Brenner, die mit Wasser gefüllt sind, kühlen den Brenner und sichern
gleichzeitig den unteren Abschluß des Verbrennungsraumes vorUberhitzung. Das 1durch
das Rohrsystem abgeleitete Verbrennungsgas, das darin z. B. bis auf 3500 abgekühlt
ist, strömt durch einen den Brenner umgebenden Raum 15 und den Stutzen i6 in eine
Leitung od. dgl. ab. Der Raum 15 ist gegen den Brenner 3 zweckmäßig durch einen
besonderen Einsatz I7 abgeschlossen. Dieser Einsatz soll verhindern, daß Gase aus
dem Reaktionsraum I unmittelbar durch Undichtigkeiten in den Raum 15 übertreten.
Er ist so eingerichtet, daß er nach Herausnahme des Brenners leicht entfernt werden
kann, so daß die Röhren 4 zwecks Reinigung zugänglich werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie in ,allen
Teilen leicht gereinigt und überholt werden kann. So kann man z. B. auch durch Entfernen
des Dampfdomes IO in das Innere des Außenbehälters gelangen und weiter in den Verbrennungsraum,
wenn man in diesen durch die mit einem Deckel verschlossene Öffnung 7 einsteigt.
Es ist also eine Reinigung des Rohrsy.stems 4 auch von seinem oberen Ende aus leicht
möglich, gegebenenfalls nachdem wenige Steine des Mauerwerks, das im obersten Teil
des Behälters I vorgesehen ist, entfernt worden sind. Die Verbindung des Stückes
8 mit dem oberen Behälter g durch einen Flansch hat den Zweck, das Heizrohrsystem
auf seiner Außenseite gut zugänglich zu machen, was für eine Reinigung von Kesselstein
und ein Auswechseln beschädigter Rohre vorteilhaft ist.