DE887801C - Kontaktofen zur Herstellung von wasserstoffreichen Gasen aus gasfoermigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktofen zur Herstellung von wasserstoffreichen Gasen aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf mit Gegenstromführung der die Kontaktrohre von oben nach unten durchstreichenden Gase zu den aufsteigenden Heizgasen und bezweckt bei vergleichsweise großen Längen der Kontaktrohre einen hohen thermischen Wirkungsgrad bei gleichmäßiger Beheizung über die ganze' Rohrlänge unter Vermeidung örtlicher Uberhitzungen und der damit verknüpften Angriffe.

Diese Zwecke werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Brennern in verschiedenen Höhen in den mit um die Achse angeordneten Kontaktrohren versehenen Heizschacht mündet, wobei ein gemeinsamer Auslaß für die die Kontaktrohre wirbeiförmig umströmenden Heizgase am oberen Ofenrande angebracht ist. Vorteilhaft sind erfindungsgemäß mehrere, z. B. vier Ofenschächte in dichter Packung in einem Ofenblock mit einem gemeinsamen Rauchgasabzug zusammengeschlossen. Durch die Einführung der

Heizgase vermittels in verschiedenen Höhen angeordneter Brenner wird eine Zunahme der Heizgasmenge von unten nach oben erreicht. Im Zusammenwirken mit der Gegenstromführung der Reaktionsgase wird so der Wärmedurchgang dem Wärmebedarf der Reaktion angepaßt bei bestmöglichem Temperaturgefälle und ohne unzu lässig hohe Temperatur beim Heizgaseintritt. Man erreicht so· einen außerordentlich hohen thermilö sehen Wirkungsgrad unter Schonung der Kontaktrohre.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Ausführung endothermer katalytischer Gasreaktionen bekannt, bei der das die Kontaktrohre von oben nach unten durchstreichende Reaktionsgas im Gegenstrom zu den die Kontaktrohre außen bespülenden Heizgasen geführt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich um vergleichsweise kleine Rohrlängen von wenigen Metern; auch besteht keine zwingende Notwendigkeit zur Gegenstromführung. Demgegenüber eignet sich die vorliegende Erfindung für Kontaktofen mit vergleichsweise langen Kontaktrohren, z.B. von 7 bis 15m Länge. Hier ergibt sich nun die Schwierigkeit einer gleichmäßigen Beheizung über die Längenausdehnung der Rohre bei hohem Wirkungsgrad. Man hat diese Schwierigkeit durch Verwendung eines Dreikammerofens zu beseitigen versucht, bei dem die Kontaktrohre in den beiden Außenkammern angeordnet sind, während die mittlere Kammer lediglich zur Verbrennung der Heizgase dient und wobei ein einziger Brenner am Boden dieser Kammer vorgesehen war. Bei einem anderen·, ebenfalls für Gasreaktionen bei hohen Temperaturen bestimmten Röhrenofen hat man eine abwechselnde Ouerstromführung der Heizgase zu den Kontaktrohren vorgesehen, die eine mittlere Kammer senkrecht durchsetzen, an welche zu beiden Seiten Regeneratoren angeschlossen sind. Auch diese Vorrichtung ist nicht für die Beheizung großer Rohrlängen geeignet. Demgegenüber gewährleistet die erfindungsgemäße Anordnung einer Mehrzahl von Brennern in verschiedenen Höhenlagen innerhalb des Ofens einen wesentlichen Vorteil. Diese Anordnung der Brenner und ihre tangentiale Einführung zwingt die Heizgase im Gegenstrom zu den Kontaktgasen zu schraubenförmiger Umspülung der Kontaktrohre. Da auch ferner am oberen Eintrittsende der Kontaktrohre, wo also das frische Methan· und der Wasserdampf zugeleitet werden, sich eine größere Menge an Heizgasen findet als am unteren Austrittsende, steht auch eine größere Wärmemenge zur Beheizung zur Verfugung. Die Reaktion ist bekanntlich endotherm und jene große Heizgasmenge bringt, obgleich sie sich nicht auf den höchstmöglichen Temperaturen mehr befindet, zufolge des größeren Wärmeinhaltes eine rasche Erhitzung der eintretenden Kontaktgase auf die erforderliche Temperatur zustande. In dem Maße, wie die Kontaktgase durch das Rohr nach unten strömen, wird das Temperaturgefälle auf Werte gebracht, welche den höchstmöglichen thermischen Wirkungsgrad zufolge Erhöhung der Temperatur der durch die beschriebenen Brenner eintretenden Heizgase liefern.

In der Zeichnung ist ein Kontaktofen gemäß der Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen Aufriß und
.. Fig. 2 einen Grundriß.

ι bezeichnet das Schamottefutter des mit geeignetem Blechmantel versehenen Heizschachtes, 2 die den Heizschacht von oben nach unten durchsetzenden Kontaktrohre, die vorteilhaft aus einer Nickelchromeisenlegierung bestehen. Die oben und unten durch Decke bzw. Boden des Heizschachtes hindurchragenden Rohrenden sind vermittels feuerfester Packungen 3 gegen die Wandung abgedichtet und gewünschtenfalls mit Isolierstoff umhüllt. Die Rohres werden am oberen Ende durch einen geeigneten Träger gehalten; z. B. ruht der obere Flansch 5 des Rohres 2 auf einem kurzen Ring 6, durch den das Rohr ungehindert hindurchragt.

Der Ring 6 wird durch (Eisenträger 7 gestützt und ist an ihm befestigt. Jedes Rohr kann leicht aus dem Ofen entfernt werden, indem es am Flansch abgenommen und senkrecht aus dem Ofen gehoben wird.

Die Rohre 2 sind mit dem Katalysator 8 gefüllt, der von einer durchlochten Metallplatte 9 getragen go wird. Die Platte 9 kann herausgenommen werden und ruht auf Träger 10, der an der inneren Wand des Rohres befestigt ist. Die Rohre 2 können in der beschriebenen "Weise aus dem Ofen genommen werden, selbst wenn sie mit Katalysator gefüllt sind, und der Katalysator kann in dieselben· eingefüllt oder aus ihnen entfernt werden, während die Rohre sich in dem Ofen oder außerhalb desselben befinden.

Die Gase oder Dämpfe werden durch geeignete Rohrleitungen- zugeführt. Im vorliegenden Beispiel wird eine Mischung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf durch Leitung 11, die vom Ventil 12 geregelt wird, in· die Rohre 2 geleitet.

Die das untere Ende der Rohre 2 verlassenden Gase strömen durch Leitungen 13 in die Sammelleitungen 14, die passend gestützt sind und beim Ausdehnen, und Zusammenziehen der Rohre 2 sich frei bewegen können.

Die Brenner 15 sind in der Seitenwand von Ofen ι in verschiedenen Höhen angebracht. Brenner, die eine kurze Flamme geben, sind für diesen Zweck besonders geeignet. Das Gas wird den Brennern durch die Gasleitungen 16 zugeführt und der Druck durch Manometer 17 gemessen. Die Verbrennungsgase treten von den Brennern fast rechtwinklig zu den Rohren· 2 in den Ofen ein und steigen in kreisender Bewegung um die Rohre herum aufwärts. Sie verlassen den Ofen durch den Rauchkanal 18, der zum Schornstein führt. Geeignete Wärmeaustauschapparate oder durch Abwärme geheizte Dampfkessel können zur Wiedergewinnung der in diesen Abgasen enthaltenen Wärme verwendet werden.

Beim Betrieb des Ofens wird ein Gemisch von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffgas von oben

durch die in den Rohren 2 befindliche Kontaktmasse 8 geleitet, wo es sich schnell auf eine Temperatur von ungefähr 871° bis ungefähr 1093⁰ erwärmt. Bei solchen Temperaturen läßt die Festigkeit der für die Kontaktrohre verwendeten Legierungen bedeutend nach, so daß sie ziemlich stark verbogen und verdreht werden, wenn sie am Boden gestützt wurden. Dies wird durch Aufhängen der Rohre am oberen Ende verhindert, da dann das untere Ende und die dahin führenden Verbindungen bei der Wärmeausdehnung der Rohre sich frei bewegen können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ofens gemäß der Erfindung enthält jede Kammer Kontaktrohre, bei denen das Verhältnis von beheizter Rohroberfläche zu beheizter Schachtinnenfläche etwa ι : ι bis ι : 10, insbesondere 1 : 2 bis ι : 6 beträgt. Sie haben vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 7,6 bis 20,3 cm und nicht größer als 30,4 cm und sind vorzugsweise ungefähr 7,6 m lang und nicht langer als 15,2 m.

Der Ofen gemäß der 'Erfindung kann bei jedem gewünschten Druck oder unter Vakuum betrieben werden und ist nur durch die Stärke und Widerstandsfähigkeit der Werkstoffe bei der betreffenden Betriebstemperatur begrenzt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Kontaktofen zur Herstellung von wasserstoffreichen Gasen aus gasförmigen Kohlen-Wasserstoffen und Wasserdampf mit Gegenstromführung der die Kontaktrohre von oben nach unten durchstreichenden Gase zu den aufsteigenden Heizgasen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Brennern in verschiedenen Höhen tangential in den mit um die Achse angeordneten Kontaktrohren versehenen Heizschacht mündet, wobei ein gemeinsamer Auslaß für die die Kontaktrohre wirbeiförmig umströmenden Heizgase am oberen Ofenrande angebracht ist.
2. 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, z. B. vier Ofenschächte in dichter Packung in einem Ofenblock an einem gemeinsamen Rauchgasabzug zusammengeschlossen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1 5361 S.