DE869192C

DE869192C - Verfahren zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen zu Wasserstoff und Kohlenoxyd

Info

Publication number: DE869192C
Application number: DEK2613D
Authority: DE
Inventors: Joseph Daniels
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1943-10-31
Filing date: 1943-10-31
Publication date: 1953-03-05

Description

Verfahren zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen zu Wasserstoff und. Kohlenoxyd Die Erfindung bezieht sich auf die Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen mit Wasserdampf bei Temperaturen oberhalb iooo°, vorzugsweise oberhalb 120o°, zwecks Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenoxyd.
Bei der Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen in regenerativen Gaserhitzern macht sich die Bildung von elementarem Kohlenstoff in Form von Ruß sehr störend bemerkbar. Die Abscheidung des sich abspaltenden Kohlenstoffs in elementarer Form beginnt bereits bei Temperaturen von oberhalb 40o°. Nach kurzer Zeit ballt sich der abgespaltene Kohlenstoff zu relativ schwer reaktionsfähigem Ruß zusammen, der bei hoher Temperatur unter Umständen sogar graphitische Eigenschaften erhält.
Der Ruß verlegt die Wärmeaustauschflächen des Gaserhitzers, so daß der Wärmeübergang dadurch verschlechtert wird. Das Ausbrennen des. sich absetzenden Kohlenstoffs aus dem Gaserhitzer kann zu örtlichen Überhitzungen führen, die den feuerfesten Besatz des Gaserhitzers zerstören. Weiter wird auch die Ausbeute an Kohlenoxyd und Wasserstoff durch die Bildung von elementarem, schwerreaktionsfähigem Kohlenstoff erheblich vermindert, da sich derselbe nicht oder nur in unzureichendem Ausmaß mit Wasserdampf umsetzt.
Zur Vermeidung der Bildung von elementarem ,Kohlenstoff in Spaltanlagen zum Umsetzen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen hat man vorgeschlagen, die Gase bei Temperaturen von unterhalb zöoo° in Gegenwart von Katalysatoren mit Wasserdampf zu behandeln. Abgesehen davon, daß ein derartiges Verfahren ein Gas voraussetzt, welches von Schwefelverbindungen frei ist, besitzt dieses Verfahren auch noch den Nachteil, daß die innige Mischung des zu spaltenden Gases mit dem Wasserdampf vor Eintritt in den Erhitzer Schwierigkeiten bereitet. Zur Vermeidung von Entmischungen durch Dampfkondensationen ist es erforderlich, das umzusetzende Gas auf mindestens 10o° vorzuwärmen.
Es hat;sich.im übrigen gezeigt, daß auch bei einer guten Vermischung des umzusetzenden Gases mit dem Wasserdampf die Bildung von.elementarem Kohlenstoff nicht vermieden werden kann. Es ist dieses damit zu erklären, daß die Abscheidung von elementarem Kohlenstoff aus den Kohlenwasserstoffen bei einer. Temperatur erfolgt, die unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher die Reaktion des Wasserdampfes mit dem Kohlenstoff zu Kohlenoxyd einsetzt.
Die Erfindung sieht nun vor, die Zeit für die Erhitzung des umzusetzenden Gases von etwa 40o auf 75o°, d. h. innerhalb des Temperaturbereiches, in welchem die Rußabscheidung erfolgt, so klein zu halten, daß eine Rußabscheidung nicht erfolgen kann, oder, mit anderen Worten, praktisch die Erhitzung von 400 - -auf 75o° schlagartig durchzuführen.
Dieser Erfindungsgedanke wird vorzugsweise so verwirklicht, daß das. kohlenwasserstoffhaltige Gas zunächst auf etwa 400° vorgewärmt wird und dann mit auf etwa iioo° vorerhitztem'Wässerdampf vermischt in den zur. Umsetzung- dienenden Erhitzer ohne Anwendung. -von Katalysatoren eingeführt wird. Durch eine solche Vermischung des in dieser Weise vorerhitzten Gases und Wasserdampfes wird erreicht, daß die Temperatur des Gases plötzlich auf etwa 750° gehoben wird, d. h. auf eine solche Höhe, oberhalb' welcher die Umsetzung des Wasserdampfes mit dem Kohlenstoff mit großer Geschwindigkeit vor sich geht, ohne daß nun der Kohlenstoff Zeit hat, in eine schwerer reaktionsfähige Zustandsform überzugehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugs-.weise in einer Einrichtung durchgeführt, die aus einem an .sich bekannten turmartigen Erhitzer besteht, in welchem unten durch eine entsprechend ausgebildete Mischeinrichtung das auf etwa 40o° vorerhitzte Gas und der auf etwa iioo° vorerhitzte `Wasserdampf eingeführt werden. Die Vorwärmung des Gases auf etwa 4ö0° und des Wasserdampfes ,auf etwa. iioo° erfolgt ebenfalls vorteilhaft in besör@deren regenerativen turmartigen Erhitzern, die unmittelbar mit der Mischeinrichtung des zur Spaltung dienenden Erhitzers verbunden sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus zwei in Wechselbetrieb arbeitenden Einheiten. Jede dieser Einheiten setzt sich zusammen aus einem turmartigen Erhitzer i, in welchem das Gas-Was.serdampf-Gemiisch auf die Umsetzungstemperatur von etwa 120o bis 130o° erhitzt wird, dem mit diesem an der Kuppel durch ein Verbindungsrohrstück 2 verbundenen Brennschacht 3, einem mit diesem unten durch ein Verbindungsrohrstück 4 verbundenen regenerativen turmartigen Erhitzer 5 zur Vorwärmung des Wasserdampfes und einem regenerativen turmartigen Erhitzer 6, welcher mit dem zur Umsetzung des .Gas-Wasserdampf-Gemisches dienenden Erhitzer i durch ein Verbindungsrohr 7 verbunden ist.
Die turmartigen Erhitzer 1, 5, 6 sind in üblicher Weise mit Gitterwerksteinen ausgesetzt, welche auf die zur Erhitzung des Gas- bzw. Gas-Wasserdampf-Gemisches erforderlichen Temperaturen aufgeheizt werden. Unterhalb des Gitterwerkes des Erhitzers i ist eine Mischeinrichtung vorgesehen, welche aus Düsen 8 besteht, die den von der Kuppel des Erhitzers 5a über die Leitung 9 zu dem Verteilerraum 1o geführten Wasserdampf in den Mischraum 1T einleiten. In den Mischraum i i gelangt aus der Kuppel des Erhitzers 6 das auf etwa 40o° vorgewärmte kohlenwasserstoffhaltige Gas und wird mit dem erhitzten Dampf in das Gitterwerk des Erhitzers i geleitet. Vorteilhaft ist jedem senkrechten Kanal des Gitterwerkes des Erhitzers i eine Mischdüse 8 zugeordnet.
Es sei angenommen, daß durch den Erhitzer i gerade das umzusetzende Gas-Wasserdampf-Gemisch geleitet wird. In diesem Zeitraum wird der Erhitzer ja aufgeheizt. Das umzusetzende kohlenwasserstoffhaltige Gas wird dann bei 12 in den Erhitzer 6 geleitet, wo es beim Durchströmen des Gitterwerkes eine Temperatur von etwa 40o° annimmt. Das so aufgeheizte. Gas gelangt .aus der Kuppel des Erhitzers 6 durch die Verbindungsleitung 7 in den Mischraum i i und wird mit dem von dem Erhitzer 5a kommenden, auf etwa i i oo° erhitzten Wasserdampf vermischt durch das Gitterwerk des Erhitzers i geleitet. Das Gitterwerk des Erhitzers i ist auf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher das Gas-Wasserdampf-Gemisch auf Temperaturen von etwa 120o bis 1300° erhitzt wird. Bei diesen Temperaturen erfolgt die Umsetzung des kohlenwasserstoffhaltigen Gases zu Wasserstoff und Kohlenoxyd. Die umgesetzten Gase gelangen durch den Brennschacht 3 über den geöffneten Schieber i3 der Verbindungsleitung 4 in den Erhitzer 5. Das Gitterwerk des Erhitzers 5 wird somit von den hocherhitzten umgesetzten Gasen aufgeheizt: Die umgesetzten Gase werden aus dem Erhitzer 5 unten bei 14 - abgezogen. -Wie aus der Temperaturkurve A ersichtlich, er-folgt die Aufheizung des Gases, welches mit etwa 4000 aus dem Erhitzer 6 abgezogen wird; durch Vermischung desselben mit dem Wasserdampf von etwa i ioo° in der Mischeinrichtung, wodurch sich eine Temperatur von etwa 75o° ergibt, von 40o auf 750° schlagartig, so daß der Zeitraum der Bildung von elementarem Kohlenstoff zwischen 400 und 75o° überbrückt wird.
Während des Durchleitens der umzusetzenden Gase durch den Hochtemperaturerhitzer i wird der Erhitzer ja der anderen Einheit aufgeheizt. Diese Aufheizung erfolgt von dem Brennschacht 3a aus durch Einleiten von Gas und Luft durch die am Boden des Brennschachtes angeordnete Verbrennungseinrichtung 15. Hierbei ist der Schieber 13a in der Verbindungsleitung 4a zwischen dem Erhitzer 5a und dem Brennschacht 3a geschlossen. Die heißen Verbrennungsgase durchströmen den Erhitzeria von oben nach unten und gelangen durch den Erhitzer 6a und den geöffneten Schieber 16,7 und der Leitung 17a in den Abhitzekanal 18a.
Ist die Temperatur in dem Gitterwerk des Erhitzers r bis auf etwas oberhalb der Temperatur abgesunken, bei welcher eine Umsetzung der Gase nicht mehr stattfindet, so wird die Einrichtung umgeschaltet, so daß der Erhitzer i nunmehr aufgeheizt wird, und der Erhitzer ja dient nun zum Umsetzen des Gases.
Der Wasserdampf wird dem jeweils zur Erhitzung desselben dienenden Erhitzer 5 bzw. 511 durch eine gemeinsame Leitung ig zugeführt, wobei in entsprechender Weise eines der beiden Absperrmittel 20 geöffnet und das andere geschlossen ist. Die Schieber 21 und 13, 13a sind wassergekühlt, um den hohen Temperaturen der von oben nach unten durch den Erhitzer 5 bzw. 5a geleiteten Spaltgase bzw. in einem anderen Zeitraum des von unten nach oben den Erhitzer durchströmenden Wasserdampfes gewachsen zu sein.
Wie hieraus ersichtlich, wird für die Aufheizung des zur Erhitzung des Wasserdampfes auf etwa 1 10o° dienenden Erhitzers 5 bzw. 511 die fühlbare Wärme der in der Spalteinrichtung umgesetzten Spaltgase ausgenutzt, so daß sich eine besondere Beheizungseinrichtung für den Erhitzer 5 bzw. 5a etwa in Form eines Brennschachtes 3, wie er für den Erhitzer i erforderlich ist, erübrigt. Beide Erhitzer 5, 5a arbeiten zu diesem Zweck stets mit der Einheit zusammen, in der jeweils die Umsetzung der kohlenwasserstoffhaltigen Gase erfolgt. Es wird also bei Umsetzung der Gase im Erhitzer i der dem Brennschacht 3 nachgeschaltete Erhitzer 5 durch die diesen durchströmenden Spaltgase aufgeheizt, in welchem Zeitraum der der Brennkammer 3a des Erhitzers ja nachgeschaltete Erhitzer 5a zur Erhitzung des durch diesen geleiteten Wasserdampfes dient. In entsprechender Weise wird bei Umsetzung der Gase in dem Erhitzer ja der Erhitzer 5a aufgeheizt, und Wasserdampf wird in dem Erhitzer 5 erhitzt.
An Stelle besonderer Erhitzer 5, 6, die mit dem Erhitzer i durch Leitungen verbunden sind, ist es auch möglich, den Erhitzer i mit dem Erhitzer 6 zu einem Erhitzer zu vereinigen und den in einem besonderen Erhitzer erhitzten Wasserdampf an der Stelle des Erhitzers einzuleiten, an welcher das Gas die Temperatur von etwa 400° erreicht hat.

Claims

PATENTANSPRLCHE: i. Verfahren zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenoxyd bei Temperaturen von oberhalb iooo° in einem regenerativ betriebenen Gaserhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf auf etwa iioo° vorerhitzt, mit den auf etwa 400° vorerhitzten kohlenwasserstoffhaltigen Gasen vermischt und das Gemisch ohne Temperaturerniedrigung in den zur Spaltung dienenden Erhitzer eingeführt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalteinrichtung aus einem turmartigen regenerativen Erhitzer (i, ja) für das in diesem auf die Umsetzungstemperatur von etwa 1200 bis 130o° zu erhitzende Gas-Wasserdampf-Gemisch besteht, welchem über eine in seinem unteren Teil angeordnete Mischeinrichtung (8) das in einem besonderen regenerativen Erhitzer (6, 6a) auf etwa 400° vorerhitzte kohlenwasserstoffhaltige Gas und der ebenfalls in einem besonderen regenerativen Erhitzer (5, 5a) auf etwa i ioo° erhitzte Wasserdampf zugeführt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wasserdampferhitzung dienenden Erhitzer (5, 5a) mit dem jeweils zur Gasumsetzung dienenden Erhitzer (i, ja) derart verbunden sind, daß stets durch den einen (z. B. 5) die heißen Spaltgase aus dem von den umzusetzenden Gasen durchströmten Erhitzer (z. B. i) und durch den anderen (z. B. 5a) der zu erhitzende Wasserdampf geleitet wird.