DE878798C

DE878798C - Device for converting gases containing hydrocarbons into hydrogen and carbon oxide

Info

Publication number: DE878798C
Application number: DEK2620D
Authority: DE
Inventors: Joseph Daniels
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1944-03-15
Filing date: 1944-03-15
Publication date: 1953-06-05

Description

Einrichtung zur Umsetzung von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen zu Wasserstoff und Kohlenoxyd Nach einem früheren, aber nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag des Erfinders (vgl. Patent 869 192) wird die Umsetzung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen mit Wasserdampf bei Temperaturen oberhalb iooo ° in einer regenerativ betriebenen Gaserhitzungsanlage so durchgeführt, daß der Wasserdampf für sich auf etwa 1100 0 vorerhitzt und dann mit dem kalten bzw. auf eine Temperatur unterhalb des Bereiches wesentlicher Kohlenwasserstoffabspaltung vorgewärmten Gas vermischt wird, worauf das Gemisch ohne Temperaturerniedrigung in den zur Spaltung dienenden Gaserhitzer eingeführt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung nach dem Hauptpatent.Device for converting hydrocarbon-containing gases to hydrogen and carbon oxide According to an earlier proposal by the inventor (see patent 869 192), which does not belong to the state of the art, the conversion of hydrocarbon-containing gases with water vapor at temperatures above 100 ° in a regeneratively operated gas heating system is possible carried out in such a way that the steam is preheated to about 1100 0 and then mixed with the cold gas or gas preheated to a temperature below the range of substantial hydrocarbon elimination, whereupon the mixture is introduced into the gas heater serving for the cracking without lowering the temperature. The present invention relates to a further embodiment of the device according to the main patent.

Es ist bekannt (vgl. Patentschrift 703 56i), zur Durchführung endothermer Gasreaktionen eine regenerativ betriebene Gaserhitzungsanlage zu benutzen, welche aus zwei turmartigen Regenerator en, etwa nach Art der bekannten Hochofenwinderhitzer, besteht, die oben durch ein drittes Regeneratorsystem, bestehend aus zwei kleineren turmartigen Regeneratoren, verbunden sind.It is known (see. Patent 703 56i) to carry out endothermic Gas reactions to use a regeneratively operated gas heating system, which from two tower-like regenerators, similar to the type of the well-known blast furnace heater, The top is made up of a third regenerator system consisting of two smaller ones tower-like regenerators.

Nach der Erfindung wird zur Umsetzung des Kohlenwasserstoffgases mit Wasserdampf oder einem Gemisch von Wasserdampf und Kohlensäure 0,"-i Kohlensäure bei Temperatüren oberhalb iooo eine regenerativ betriebene Gaserhitzeränlage, benutzt, die aus zwei oben mit Verbrennungskammern versehenen turmar,.tigen. Regener.ato.ren. .und. einem weiteren, die Kuppelräume derselben verbindendexiRegenerator besteht, wobei das umzusetzende Väs-ünmittelbar-@in die Verbindungen zwischen den Regenexatoren eingeleitet wird, von denen die beiden äußeren abwechselnd zur Vorerhitzung der Reaktionsmittel (Wasserdampf usw.) dienen. Auf diese Weise ergibt sich eine konstruktiv vergleichsweise einfache Lösung für die den Erfindungsgedanken des Hauptpatentes entsprechende Aufgabe, das umzusetzende Gas relativ kalt mit den hoch vorerhitzten Reaktionsmitteln (Wasserdariipf sw.)- in Berührung zu bringen und zu vermischen.' Nach einem weiteren Erfinidungsmerkmal wird der zwischen den beiden züx Aufheizü4@g der Reaktionsmittel dienenden Regeneratoren angeordnete dritte Regenerator ebenfalls turmartig ausgebildet und durch eine mittlere Trennwand in zwei Arbeitsräume unterteilt, die oben miteinander und unten mit je einem der äußeren Regenerätoren verbünden sind. Dadurch wird die gesamte Gaserhitzeranlage, beispielsweise gegenüber dem Vorschlag der Patentschrift 703 561, beträchtlich--- vereinfacht, ohne daß die vorteilhafte senkrechte Beaufschlagung des Regeneratorbesatzes aufgegeben würde.According to the invention, a regeneratively operated gas heater system is used to convert the hydrocarbon gas with water vapor or a mixture of water vapor and carbonic acid 0, "- 1 carbonic acid at temperatures above 10000, which consists of two turmar, .tigen. Regener.ato, which are provided with combustion chambers at the top. Ren. and. a further, the domed spaces of the same connecting the same, the Väs-ünmittelbar- @ to be converted is introduced into the connections between the Regenexators, of which the two outer ones are used alternately to preheat the reactants (water vapor, etc.) In this way, there is a structurally comparatively simple solution for the task corresponding to the inventive idea of the main patent of bringing the gas to be converted into contact and mixing it relatively cold with the highly preheated reactants (Wasserdariipf sw.). According to a further feature of the invention, the third regenerator, which is arranged between the two regenerators for heating up the reactants, is also designed like a tower and is divided by a central partition into two work spaces, which are connected to one another at the top and to one of the outer regenerators at the bottom entire gas heater system, for example compared to the proposal in patent specification 703 561, considerably simplified, without giving up the advantageous vertical loading of the regenerator equipment.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben . sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in der Zeichnung in einem senkrechten Schnitt dargestellt ist.Further features of the invention result. emerge from the following Description of a preferred embodiment shown in the drawing in a vertical direction Section is shown.

Die dargestellte Anlage ist im engeren zum Umsetzen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen mit Wasserdampf oderKohlensäüre öder eiriemGemisch von Wasserdampf und Kohlensäure bestimmt, wobei aus den Kohlenwasserstoffen Kohlenoxyd und Wasserstoff erzeugt wird. Diese Aufgabe liegt beispielsweise vor, wenn aus Koksofengäs, :das etwa 25 % Methan neben anderen Kohlenwasserstoffen enthält, ein sogenanntes Synthesegas erzeugt werden soll, welches. viel Wasserstoff- und Kohlenoxyd enthält- urid:--praktisch frei, von teerigen Kohlenwasserstoffen sein muß.The system shown is for the implementation of hydrocarbons Gases with steam or carbonic acid or a mixture of steam and carbonic acid determined, whereby carbon oxide and hydrogen are produced from the hydrocarbons. This task occurs, for example, if from Koksofengäs: that is about 25% methane in addition to other hydrocarbons, a so-called synthesis gas can be generated should which. contains a lot of hydrogen and carbon oxide - uride: - practically free, must be of tarry hydrocarbons.

Die erfindungsgemäße Anlage umfaßt die beiden praktisch gleich ausgebildeten turmartigen Regeneratoren 1, 2, die im unteren Teif-mit einem den Wärmeaustausch vermittelnden - Besatz - 3, z. B. Lochsteinen, versehen ;sind., die auf einem aus feuerfesten Steinen bestehenden Rost q. ruhen.The system according to the invention comprises the two practically identical Tower-like regenerators 1, 2, which in the lower Teif with a heat exchange mediating - trimming - 3, e.g. B. perforated stones, provided; are., Which are on a from refractory brick existing grate q. rest.

-' Oberhalb des Regeneratorbesatzes 3 sind auf kleinen, auf einer- mittleren Wand 5 - abgestützten Gewölbebögen 6 senkrechte* parallel zueinander verlaufende Wände 7 angeordnet. -Im Bereiche der Stützbögen 6. sind die Zwischenräume zwischen den Wänden 7 unten verschlossen, während die im Besatz 3 erhitzten Medien durch die Zwischenräume zwischen den Stützbögen 6 nach oben abziehen können. In .die unten geschlossenen Zwischenräume wird aus den Leitungen--8 Brenngas- eingeleitet. Brenngas und Luft treten also in mehrere miteinander abwechselnde Schichten aufgeteilt über den ganzen Querschnitt des" Erhitzers in den oben als Verbrennungskammer dienenden freien Räum g ein. Hierdurch wird eine mit sehr hoher Temperaturentwicklung vor sich gehende Verbrennung ohne . Stichflammenbildung im Raum g erzielt.- 'Above the regenerator set 3 are on small, on one- middle wall 5 - supported arches 6 vertical * parallel to each other Walls 7 arranged. -In the area of the supporting arches 6. are the spaces between the walls 7 closed at the bottom, while the media heated in the trim 3 through the gaps between the support arches 6 can pull upwards. In .the below closed spaces are introduced from the lines - 8 fuel gas. Fuel gas and air are divided into several alternating layers the whole cross-section of the "heater in the above serving as combustion chamber free space. This creates one with a very high temperature development going combustion without. Flash formation achieved in room g.

Von dem Kuppelgewölbe io der Regeneratoren r, 2 führt je eine kurze Verbindungsleitung ii unter -die Zwischenböden des dritten Regenerators 12. Dieser ist durch eine mittlere Trennwand 13 in zwei mit Besatzsteinen 1q., 15 versehene Arbeitsräume unterteilt. Diese stehen oben durch den Kuppelraum 16 des Regenerators 12 miteinander in Verbindung.A short one each leads from the domed vault of the regenerators r, 2 Connecting line ii under the intermediate floors of the third regenerator 12. This is provided by a central partition 13 in two with trim stones 1q., 15 Subdivided work rooms. These stand up through the domed space 16 of the regenerator 12 in connection with each other.

Die Besatzteile 1q., 15 ruhen auf je einem feuerfesten Rost 17. Der Raum 18 unter dem Rost 17 ist . an je einen der Verbindungskanäle i i angeschlossen.The trimmings 1q., 15 each rest on a refractory grate 17. The Space 18 is under the grate 17. connected to each of the connection channels i i.

Kurz vor der Mündung der Kanäle i i in dem freien Raum-18 unterhalb des Rostes 17 sind schräg zur Längsachse des Kanals gestellte, zweckmäßig wassergekühlte Düsen ig vorgesehen, die vor dem düsenartig eingezogenen Ende des Kanals i i liegen. .,Durch die Düsen ig tritt in mehrere Teilströme unterteilt das umzusetzende Gas ein, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die stark verschieden ist von der Geschwindigkeit des durch den Kanal I1 strömenden Reaktionsmittels, so daß eine innige Vermischung der beiden Medien erfolgt. Die Vermischung wird unterstützt durch die Geschwindigkeitsverminderung am Austritt aus dem .düsenartig eingezogenen Ende des Kanals ii und durch die Änderung der Strömungsrichtung im Raum 18. Es ist selbstverständlich möglich, den Eintritt des umzusetzenden Gases auch an anderen Stellen in der Verbindung zwischen dem Besatz 3 und dem Besatz 14 bzw. 15 anzuordnen. _ Der Betrieb" der Anlage gestaltet sich etwa folgendermaßen Es sei angenommen, daß in einer vorhergehenden Beheizungsperiode die Regeneratoren i und 12 aufgeheizt worden sind, während der Regenerator 2 zur Vorwärmung der Verbrennungsmedien diente, und daß Koksofengas mit einem Methangehalt von etwa 25 % mittels Wasserdampf umgesetzt werden soll. Die Temperatur des Gitterwerks oder Besatzes im Re generator 12 mag im Durchschnitt etwa i3oo° und die Temperatur- im Besatz des Regenerators i am oberen Ende etwa z2oo ° betragen.Shortly before the mouth of the channels ii in the free space 18 below the grate 17, appropriately water-cooled nozzles ig, which are positioned obliquely to the longitudinal axis of the channel, are provided, which are located in front of the nozzle-like retracted end of the channel ii. ., The gas to be converted enters through the nozzles ig divided into several partial flows, namely at a speed which is very different from the speed of the reactant flowing through the channel I1, so that the two media are intimately mixed. The mixing is supported by the speed reduction at the exit from the .düsen-like retracted end of the channel ii and by the change in the direction of flow in the space 18. It is of course possible to enter the gas to be converted at other points in the connection between the set 3 and the trim 14 and 15 to be arranged. The operation "of the plant is roughly as follows. It is assumed that in a previous heating period the regenerators 1 and 12 were heated, while the regenerator 2 was used to preheat the combustion media, and that coke oven gas with a methane content of about 25 % by means of steam The temperature of the latticework or trimmings in the regenerator 12 may be on average about 130 ° and the temperature in the truss of the regenerator i at the upper end may be about z2oo °.

In den Regenerator i wird nun durch den Stutzen 2o Wasserdampf eingeleitet, während der Stutzen 21 bzw. die von diesem ausgehende Leitung 22 geschlossen ist. Der Dampf wird im Besatz 3 des Regenerators i auf etwa iooo bis i ioo ° aufgeheizt und gelangt dann zur Vermischung mit dem Brenngas, das durch die Düsen ig in "die Verbindungsleitung i i geführt wird. Hierbei tritt ein Temperaturausgleich zwischen Gas und Wasserdampf ein. Das Gemisch gelangt dann in den Besatz 14 des Regenerators- 12, wo -es auf etwa 1.250' erhitzt wird. -Die Reaktion zwischen Wasserdampf und Methan bzw. oder Kohlenwasserstoffen geht hierbei zu Ende: Das Reaktionsgas enthält etwa o,7 bis o,9 % Methan.Steam is now introduced into the regenerator i through the nozzle 2o, while the nozzle 21 or the line 22 emerging from it is closed. The steam is heated in the set 3 of the regenerator i to about iooo to i ioo ° and then gets mixed with the fuel gas, which through the nozzles ig into "the Connection line i i is performed. Here, a temperature equalization occurs between Gas and steam. The mixture then reaches the filling 14 of the regenerator 12, where -it is heated to about 1,250 '. -The reaction between water vapor and Methane or hydrocarbons come to an end here: The reaction gas contains about 0.7 to 0.9% methane.

Die heißen Gase gelangen nun aus dem Regenerator 12 in den Regenerator 2 und geben dort ihre fühlbare Wärme an das Gitterwerk 3 ab. Die Gase treten dann durch den Stutzen 23 aus und gelangen durch die Rohrleitung 24 über das Umsteuerorgan 25 und die Rohrleitung 26 zu einem Kühler 27 und von dort in die Sammelleitung 2S' für umgeformtes Gas (U-Gas).The hot gases now pass from the regenerator 12 into the regenerator 2 and give theirs there sensible heat to the latticework 3. the Gases then exit through the nozzle 23 and pass through the pipeline 24 Via the reversing element 25 and the pipeline 26 to a cooler 27 and from there into the manifold 2S 'for converted gas (U-gas).

Sobald der Besatz der Regeneratoren i und 12 abgekühlt ist, wird die Einleitung des Wasserdampfes und des Koksofengases unterbrochen, und es wird nun durch den Stutzen 29 des Regenerators 2 Luft eingeleitet. Die Luft erhitzt sich in dem vorher aufgeheizten Besatz 3 des Regenerators 2 und verbrennt mit Heizgas, welches aus der Leitung 3o den Brennern zuströmt. Die Leitung 30 ist über ein Umsteuerorgan 31 mit der Brenngaszuleitung 32 verbunden.As soon as the set of regenerators i and 12 has cooled down, the introduction of the steam and the coke oven gas is interrupted, and air is now introduced through the nozzle 29 of the regenerator 2. The air heats up in the previously heated filling 3 of the regenerator 2 and burns with heating gas which flows from the line 3o to the burners. The line 30 is connected to the fuel gas feed line 32 via a reversing element 31.

Die heißen Abgase der Verbrennung in dem Oberteil des Regenerators 2 strömen durch den Kanal i i zum Regenerator 12 und geben dort einen Teil ihrer Wärme an den Besatz 14, 15 ab. Dann ziehen die Gase zum Regenerator i ab und geben dort den Rest der zu verwertenden fühlbaren Wärme an das Gitterwerk 3 des Regenerators i ab. Die abgekühlten Rauchgase ziehen durch den Stutzen 21 und die Leitung 22 zum Fuchs 33 ab. Unter Umständen ist es vorteilhaft, im Zuge der Rauchgasabgangsleitung noch einen Dampfkessel anzuordnen, der auch den für die Reaktion erforderlichen Wasserdampf zu erzeugen vermag.The hot combustion gases in the top of the regenerator 2 flow through the channel i i to the regenerator 12 and give part of their there Heat on the trim 14, 15. Then draw off the gases to the regenerator i and give there the rest of the sensible heat to be utilized is transferred to the latticework 3 of the regenerator i from. The cooled flue gases pull through the nozzle 21 and the line 22 to Fuchs 33 from. Under certain circumstances it is advantageous in the course of the flue gas outlet line still to arrange a steam boiler, which is also the one required for the reaction Capable of generating water vapor.

Nach Aufheizen der Regeneratoren i und 12 folgt wieder eine Betriebsperiode, in welcher Koksofengas und Wasserdampf durch die Anlage geleitet werden.After the regenerators i and 12 have been heated up, there is another operating period, in which coke oven gas and steam are passed through the system.

Da vielfach bei der Durchführung einer endothermen Gasreaktion, für welche die erfindungsgemäße Anlage ganz allgemeinbenutzt werden kann, ein Wärmegleichgewicht zwischen den beiden Hälften des Regeneratorsystems nicht zu erreichen ist, kann es im Einzelfall erforderlich sein, von Zeit zu Zeit die Strömungsrichtung der Medien zu wechseln. Es wird also beispielsweise dann, wenn die Abgastemperatur am Fuße des einen der Regenoratoren 1,:2 zu hoch geworden ist, Dampf und Koksofengas nicht mehr in den Regenerator i sondern in den Regenerator 2 eingeleitet und umgekehrt Verbrennungsluft in den Regenerator i.Since often when performing an endothermic gas reaction, for which the system according to the invention can be used quite generally, a thermal equilibrium between the two halves of the regenerator system cannot be reached it may be necessary in individual cases to change the direction of flow of the media from time to time switch. So it is, for example, when the exhaust gas temperature is at the foot one of the regenerators 1,: 2 has become too high, steam and coke oven gas not introduced more into the regenerator i but into the regenerator 2 and vice versa Combustion air in the regenerator i.

Das umzusetzende Gas wird der Anlage durch die Rohrleitung 34 zugeführt, die über ein Umsteuerorgan 35 mit den Düsen ig bzw. 36 abwechselnd in Verbindung gebracht werden kann.The gas to be converted is fed to the system through pipeline 34, which via a reversing member 35 with the nozzles ig and 36 alternately in connection can be brought.

Die Verbrennungsluft wird der Anlage durch die Leitung 37 zugeleitet und gelangt über das Umsteuerorgan 38 abwechselnd in einen der Regeneratoren 1, 2.The combustion air is fed to the system through line 37 and passes through the reversing element 38 alternately into one of the regenerators 1, 2.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for converting gases containing hydrocarbons with water vapor or carbon dioxide or a mixture of both to hydrogen and carbon oxide at temperatures above 100 ° in a regenerator system operated with any direction of flow of the heating and reaction media, the two tower-like regenerators with combustion chambers at the top and another the dome rooms the same connecting regenerator, wherein the reactant or reactants with the hydrocarbon-containing gas prior to mixing. are preheated with the gas per se, according to patent 869 192, characterized in that the inlets for the hydrocarbon-containing gas to be converted are provided between the regenerators, of which the two outer ones are used alternately to preheat the reactant or reactants.

2. Device according to claim i, characterized in that the between the two for heating the or the Reaction partner serving regenerators also arranged third regenerator formed like a tower and. divided into two work rooms by a central partition is connected to each other at the top and to one of the outer regenerators at the bottom are.