DE865504C

DE865504C - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spalten von Methan und aehnlichen Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen

Info

Publication number: DE865504C
Application number: DED1126A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Phil Gras; Arthur Dr Phil Steding
Original assignee: Didier Kogag Hinselmann Koksofenbau und Gasverwertung AG; Gasverwertung AG
Current assignee: Didier Kogag Hinselmann Koksofenbau und Gasverwertung AG; Gasverwertung AG
Priority date: 1950-02-25
Filing date: 1950-02-25
Publication date: 1953-02-02

Description

Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spalten von Methan und ähnlichen Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen Methan und ähnliche Kohl.enwasserstoffe enthaltende Gase lassen sich in Gegenwart vonWasserdampf in einKohlenoxyd und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch umsetzen. Diese Reaktion vollzieht sich entweder bei hoher Temperatur, nahezu 1400" C, oder .bei niedrigerer Temperatur in Gegenwart eines Kontaktstoffes. Die als solcher Kontaktstoff wirkenden Katalysationsröhren sind aber kostspielig und giftempfindlich.
Deshalb bedient man sich zur Erzielung des Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemisches (Spaltgases) vorzugsweise der thermischen Spaltung. Bisher hat man diese mit regenerativ betriebenen Bleheizungseinrichtungen durchgeführt. Sie bestehen aus dem direkt beheizbaren Spaltraum, der abwechselnd beheizt und mit dem zu spaltenden Gas (Methan) beschickt wird, sowie aus zwei Regeneratoren, von denen der eine die fühlbare Wärme des Spaltgases zur Vorwärmung der Verbrennungsluft, der andere die Abwärme der Verbrennungsabgase des Beheizungsraumes (Spaltraumes) zur Vorwärmung des zu spaltenden Gases nutzbar macht.
Die Anwendung des regenerativen Wärmeaustausches bedingt aber einen diskontinuierlichen Betrieb für die Methanspaltung, der für den,Spaltvorgang eine Reihe von Nachteilen hat. Diie Anlage müß in kurzen Zeitabständen, jeweils nach ro Minuten, umgeschaltet werden, wobei zwischen jeder Schaltung Regeneratoren und Spaltraum auszuspülen sind. Dies bedeutet nicht nur einen Zeitverlust, sondern auch eine Herabsetzung der Ofenleistung. Das Spaltgas fällt diskontinuierlich an. Auch ändert sich seine Zusammensetzung gegen Ende jeder Spaltperiode durch. das Absinken der Spaltrau.mtemperatur. Schließlich erfordert der regenerative Bietrieb eine kostspielige und komplizierte Schaltsteuerung.
Zum Vermeiden, dieser Nachteile wird deshalb vorgeschlagen, die thermische Spaltung von Methan u. ä. Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen in Gegenwart von Wasserdampf erfindungsgemäß mit rekuperativ betriebenem Beheizungsverfahren durchzuführen. Dialurch ist .man in der Lage, die Methanspaltung in gleichbleibender Art und in gleichmäßigem und ununterbrochenem Strom vorzunehmen. Alle Strömungsvorgänge, die für die thermische Spaltung erforderlich sind, bleiben ununterbrochen gleichgerichtet.
Methan bzw. :Spaltgas einerseits und die Beheizungsmedien andererseits werden in benachbarten Rekuperatorkanälen im Gegenstrom zueinander geführt. Dabei wird das Methan durch die fühlbare Wärme der Verbrennungsabgase vorgewärmt und in der Zone höchster Temperaturentwicklung, in der im Heizkessel die Verbrennung von Heizgas und Luft erfolgt, gespalten und wärmt als Spaltgas mit seiner fühlbaren Wärme die Verbrennungsluft vor. Damit ist eine ununterbrochene Methanspaltung bei gleichbleibender Vorwärmung aller Strömungsmedien sowie eine gleichbleibende Beheizungstemperatur des Spaltraumes erreicht und infolgedessen eine ständig gleichmäßige Zusammensetzung des Spaltgases gewährleistet. Schailtsteuerungen erübrigen sich bei diesem Beheizungsverfahren.
Es ist bekannt, bei der in Gegenwart von Katalysatoren durchgeführten Umsetzung von Methan zu Wasserstoff und Kohlenoxyd dem Reaktionsgefäß die Hitze von außen zuzuführen. Ferner ist bekannt, bei der unter Einwirkung von Wärme stattfindenden Umsetzung von Methan zu flüssigen Kohlenwasserstoffeh die Abhitze der Beheizungsgase des Reaktionsraumes zur regenerativen Vorwärmung,der Verbrennungsluft zu benutzen und das Methan vor seiner Umsetzung durch die Endgase vorzuwärmen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf eine thermische Behandlung des Methans in Gegenwart von Wasserdampf, aber ohne Katalysatoren, wobei die angestrebte ununterbrochene Methanspaltumg bei gleichbleibender Vorwärmung aller Strö.mungsmedi:en und gleichbleibender Beheizungstemperatur des Spaltraumes erreicht wird.
Die Zeichnung veranschaulicht eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des für die Methanspaltung vorgeschlagenen Beheizungaverfahrens.
Abb. z zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die Einrichtung nach der gebrochenen Linie a-a. der Abb. 3; Abb. 2 zeigt .einen senkrechten Querschnitt durch die Einrichtung nach der Linie c-c der Abb. 3;

Abb. # zeigt einen waagerechten Querschnitt

durch die Einrichtung nach der Linie b-b der Abb. z.
Die Einrichtung besteht aus einer Anzahl zweckmäßig senkrecht stehender, im Querschnitt rechteckiger Röhren aus feuerfestem B-aus@toff, die in zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind und innerhalb jeder Reihe mit ihren breiten Seitenflächen aneinanderstoßen. Alle Röhren stehen an ihren beiden Enden mit Zu- undAbfiührungskanälen für die Strömungsmittel im Verbindung. Röhren und Kanäle werden von dem Ofenmantel i umschlossen.
In jeder Reihe wechseln die einzelnen Röhren hintereinanderliegend als Beheizungsröhren 2 mit solchen zur Gasspaltung dienenden Röhren 3 ab. In zwei Reihen nebeneinander angeordnet liegen Röhren gleicher Funktion diagonal versetzt zueinander. Mit dieser Anordnung der Röhren verschiedener Funktion stehen ständig drei Seitenflächen. der einzelnen Röhren im Wärmeaustausch.
Die Beheizungsröhren 2 werden von den Verbrennungsmedien von unten nach oben durchzogen. Am unteren Röhrenende tritt zunächst die Verbrennungskräft ein. Sie trifft etwa bei halber Länge der Röhren auf das von deren Schmalseite her eingeleitete Heizgas. Hier liegt die Zone höchster Temperaturentwicklung, die Zone der Spalttemperatur. Die restliche Wegstrecke in den Röhren 2 durchströmen die Verbrennungsabgase. Das, der Einrichtung angefeuchtete Methan durchzieht die Spaltröhren 3 von oben nach unten, also im Gegenstrom zu den Verbrennungsmedien. Auf seinem Wege wird es zunächst von den beiden heißen Abgasen benachbarter Beheizungskörper 2 vorgewärmt, tritt dann in die Zone der Spalttemperatur ein und wärmt auf seinem weiteren Weg durch die Spaltröhren als. Spaltgas mit seiner fühlbaren Wärme die in den Beheizunggröhren 2 aufwärts strömende Verbrennungsluft vor. Damit findet ein gleichmäßiger, ununterbrochener Strom des Methans durch den Spaltraum wie auch ein ununterbrochener, ständig gleichbleibender Wärmeaustausch zwischen den Heizmitteln und dem Methan bzw. dem Spaltgas statt, wodurch eine gleichbleibende Vorwärmung der Strömungsmedien erreicht und die ständig gleichmäßige Zusammensetzung des Spaltgases gewährleistet ist.
Sowohl am unteren als auch am oberen Ende der Röhren 2* und 3 sind je drei sich .über alle Röhren erstreckende Kanäle vorgesehen, die entsprechend ihrer Aufgabe als Zu- bzw. Abführungskanäle für die Strömungsmedien mit den Beheizungsröhren oder den Spaltröhren 3 in Verbindung stehen. Von diesen Kanälen dienen am unteren Ende der Röhren die beiden äußeren Kanäle 4 zum Zuführen der Verbrennungsluft und der mittlere Kanal 5 zum Ableiten des Spaltgases, am oberen Ende der Röhren die beiden äußeren Kanäle 6 zum Ableiten der Verbrennungsgase und der mittlere Kanal 7 zum Zuführen des angefeuchteten Methans. In gleicher Weise können auch umgekehrt die außenliegenden Kanäle 4 bzw. 6 zum Ableiten des Spaltgases bzw. zum Zuleiten des Methans und die innenliegenden Kanäle 5 bzw. 7 zum Zuführen der Verbrennungsluft bzw. zum Ableiten der Verbrennungsabgase .dienen.
Zur Verstärkung des Wärmeaustausches können die Rekuperatorröhren noch mit Einsätzen versehen werden, die .eine turbulente Strömung der einzelnen Medien bewirkt.
Die Erfindung ist in gleicher Weise für alle Kohlenwasserstoff und Wasserdampf enthaltenden Gase anwendbar, die sich durch thermische Behandlung in ein Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemisch umsetzen lassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum thermischen Spalten von Methan u. ä. Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen in Gegenwart von Wasserdampf, jedoch in Abwesenheit von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung des Methans mit rekuperativer Beheizung in der Weise durchgeführt wird, daß das Methan bzw. Spaltgas einerseits und die Beheizungsmedien andererseits in benachbarten Rekuperatorkanälen im Gegenstrom zueinander geführt werden, wobei das Methan durch die fühlbare Wärme der Verbrennungsgase vorgewärmt und in der Zone höchster Temperaturentwicklung, in der im Heizkanal die Verbrennung von Heizgas und Luft erfolgt, gespalten wird, um als Spaltgas mit seiner fühlbaren Wärme die Verbrennungsluft vorwärmt.
2. Einrichtung zur -Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Anzahl zweckmäßig senkrecht stehender, im Querschnitt rechteckiger Röhren aus feuerfestem Baustoff,- die in zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind und innerhalb jeder Reihe mit ihren breiten Seitenflächen aneinanderstoßen sowie an. beiden Enden mit Zu- und Abführungskanälen für die Strömungsmedien in Verbindung stehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Reihe hintereinanderliegend die einzelnen Röhren als Beheizungsröhren (2) mit solchen zur Gasspaltung dienenden Röhren (3) und bei Anordnung der Röhren in zwei Reihen nebeneinander Röhren gleicher Funktion diagonal versetzt zueinander liegen. q..
Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft vom unteren Ende her in die Beheizungsröhren (2) eintritt, das Heizgas etwa bei halber Länge dieser Röhren an deren Schmalseite zugeführt wird und die Abgase am oberen Ende dieser Röhren austreten, während das zu behandelnde Gas an den oberen Enden der Spaltröhren (3) ein- und an deren unteren Enden austritt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungsröhren (2) und die Spaltröhren (3) an beiden Enden mit je drei Zu- und Abführungskanälen für die Strömungsmittel versehen sind, von denen am unteren Ende der Röhren die beiden äußeren Kanäle (q,) zum Zuführen der Verbrennungsluft, der mittlere Kanal (5) zum Ableiten des Spaltgases und am oberen Ende der Röhren die beiden äußeren Kanäle (6) zum Ableiten der Verbrennungsgase, der mittlere Kanal (7) zum Zuführen des Methans dienen.
6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung (2) und Spaltröhren (3) mit Einsätzen versehen sind, die eine turbulente Gasströmung bewirken. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 57;o o26, 505 353; britische Patentschriften Nr. 379 01q., 36,6 107; französische Patentschrift Nr. 685 855; Werner Hei 1 i g e n s t a e d t : Regeneratoren, Rekuperatoren, Winderlhitzer. (Leipzig iig,3 i) Kap. VII und IX.