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Regenerativverfahren zur Durchführung kurzzeitiger endothermer Gasreaktionen
Die Erfindung betrifft ein Regenerativverfahren mit abwechselnden Produktions- und
Aufheizstufen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Teil der
für die endothermische Reaktion der Produktionsstufe erforderlichen Wärme wird durch
teilweise Verbrennung der Ausgangsstoffe, wie Kohlenwasserstoffe und Ammoniak, gewonnen.
Der für die endothermische Reaktion erforderliche Wärmeausgleich wird in dem feuerfesten
Regenerativofen durch die vorhergehende Aufheizstufe aufgespeichert.
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Mit dem vorliegenden Verfahren können Kohlenwasserstoffe einschließlich
Erdgas in ein Heizgas geringer Dichte, welches an Stelle von Erdgas und anderer
teurer Brennstoffe für städtische und industrielle Heizzwecke treten kann, umgewandelt
und andere;Produkte endothermischer Gasreaktionen einschließlich Acetylen, Hydrazin
und aromatischen Verbindungen, z. B. Benzol, hergestellt werden.
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Es ist bereits eine feuerfeste Regenerativvorrichtung und ein Verfahren
vorgeschlagen worden, wobei eine gleiche Vereinigung endothermischer und exothermischer
Gasreaktionen in kontinuierlicher Weise durchgeführt wurde, um einen ununterbrochenen
Strom an erzeugtem Gas zu schaffen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein viel kleinerer relativer
Anteil an Sauerstoff benutzt,
als er bei dem obenerwähnten kontinuierlichen
Verfahren erforderlich ist. Infolgedessen wird ein Gas von viel höherem Heizwert
erhalten. Dieser Vorteil ist besonders auffallend, wenn Luft als Sauerstoffquelle
benutzt wird infolge des entsprechend niedrigeren Stickstoffgehaltes in dem Gas.
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Der erhöhte Heizwert des erfindungsgemäßen Verfahrensproduktes gegenüber
ähnlichen Produkten ist von großer Wichtigkeit bei der Erzeugung von Heizgas niederer
Dichte von angemessen hohem Heizwert, welches an Stelle von Erdgas für städtische
und industrielle Heizzwecke verwendet werden soll.
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Das Regenerativverfahren besteht aus einem Zyklus, welcher eine Produktionsstufe
und eine Aufheizstufe umfaßt, wobei diese Stufen in geeigneten Zeiträumen sich abwechseln.
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Eine Mischung eines exotherm verbrennbaren Ausgangsstoffs und Sauerstoff
oder eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases wird durch die Kanäle einer ersten
Regenerativmasse, die zuvor auf eine solche Temperatur erhitzt wurde, daß thermische
Änderung des Ausgangsmaterials auf diesem Durchgang eingeleitet wird, von ihrem
kühleren zum heißeren Ende geleitet. Hierdurch wird eine thermische Spaltung des
verbrennbaren Ausgangsmaterials bewirkt. Die derartig erhaltene Mischung wird in
eine Verbrennungs- und Spaltzone geleitet, worin die zuvor eingeleitete thermische
Spaltung durch die gleichzeitige` Verbrennungsreaktion zu Ende geführt wird. Das
hierdurch erzeugte Gasgemisch wird durch Durchleiten durch eine zweite Regenerativmasse
von ihrem heißeren zum kühleren Ende abgeschreckt, welche zuvor in gleicher Weise
wie die erste Regenerativmasse erhitzt wurde.
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Zur Aufheizung wird eine verbrennbare Mischung eines Heizgases und
Sauerstoff oder eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases durch die Kanäle der
zweiten feuerfesten Regenerativmasse von ihrem kühleren zum heißeren Ende geleitet.
Diese Gasmischung wird dabei auf Zündtemperatur erhitzt, gezündet und in die Verbrennungs-
und thermische Spaltzone geleitet, worin die Verbrennungsreaktion im wesentlichen
vollendet wird. Die heißen Verbrennungsgase werden durch die Kanäle der ersten Regenerativ
masse von ihrem heißeren zum kühleren Ende geleitet.
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Die Produktions- und Aufheizstufe wechseln miteinander in geeigneten
Zeiträumen ab. Im allgemeinen ist eine Zeit von etwa i bis q. Sekunden für die Aufheizstufe
angemessen. Vorzugsweise dauert die Aufheizstufe i bis z Sekunden. Die Produktion
kann so lange durchgeführt werden, bis die Temperatur der feuerfesten Masse unterhalb
der für den wirkungsvollen Betrieb erforderlichen fällt. Im allgemeinen kann sich
die Produktionsstufe über eine Zeit von etwa i Minute, vorzugsweise während etwa
3o bis ioo Sekunden, erstrecken.
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Im einzelnen wird in den Fällen der Verwendung z. B. eines Kohlenwasserstoffs
als Ausgangsmaterial für die Erzeugung eines Heizgases, Acetylens od. dgl. der Kohlenwasserstoff
zuerst in nichtbrennbaren Verhältnissen mit Luft oder einem anderen Sauerstoff enthaltenden
Gas gemischt und die Mischung auf die beginnende thermische Spalttemperatur des
Kohlenwasserstoffs durch Durchleiten durch die Kanäle einer ersten Regenerativmasse
erhitzt. In dieser Weise wird eine brennbare Mischung erhalten, welche Kohlenstoff
und Wasserstoff zusätzlich zu dem Ausgangskohlenwasserstoff enthält. Die Verbrennung
dieses Kohlenstoffs und Wasserstoffs zusammen mit einem kleineren Anteil des ursprünglichen
Kohlenwasserstoffs erzeugt die zur Förderung der endothermischen Spaltreaktion erforderliche
Wärme. Die durch Abschrecken des so erhaltenen Produkts frei werdende Wärme wird
in der zweiten Regenerativmasse aufgespeichert und in Verbindung mit der dieser
Masse beim Aufheizen mitgeteilten Wärme benutzt, um zusätzliche Mengen der Ausgangsmischung
auf die Spalttemperatur des Kohlenwasserstoffs zu erhitzen.
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Dabei wird nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil des Kohlenwasserstoffs
oder des anderen verbrennbaren Ausgangsmaterials, gewöhnlich nicht mehr als etwa
io bis ao %, durch die begrenzte Verbrennungsreaktion verbraucht. Der Rest des Ausgangsmaterials
wird durch die infolge einer solchen Verbrennung frei werdende Wärme in wirkungsvoller
Weise gespalten oder in anderer Weise thermisch verändert. Die fühlbare Wärme der
gesamten Gasmischung wird demgemäß zur Steigerung der Entzündungstemperatur der
Verbrennungsreaktion, welche oberhalb derjenigen für die Einleitung der thermischen
Veränderung des Ausgangsmaterials notwendigen liegt, benutzt. Die durch das Kühlen
des Produkts frei werdende Wärme wird zusammen mit der durch die Aufheizstufe erzeugten
verwendet, um zusätzliche Mengen von Ausgangsmaterial auf die Umwandlungstemperatur
zu bringen.
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Für die Aufheizstufe kann im wesentlichen jedes exotherm verbrennbare
Heizgas gebraucht werden. Es ist jedoch wichtig, daß das Heizgas mit einem sauerstoffhaltigen
Gas in brennbaren Verhältnissen vermischt ist.
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Die Regenerativmassen, durch welche die gasförmigen Ausgangsstoffe
geleitet werden, müssen so erhitzt werden, daß ein Temperaturgefälle darin vorhanden
ist. Die Ausgangsstoffe sollen auf eine solche Temperatur erhitzt werden, daß Spaltung
bei dem Durchgang durch die erste Regenerativmasse eintritt. Daher soll das heißere
Ende der Regenerativmasse eine Temperatur von über etwa 9oo°, vorzugsweise iooo
bis i3oo° besitzen. Das kältere Ende der Regenerativmasse hat als Folge des Ofenbetriebs
gewöhnlich eine Temperatur von etwa ioo bis i5o°.
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Es ist klar, daß die feuerfesten Regenerativmassen vor Einleitung
des Verfahrens vorerhitzt sein müssen, um das vorerwähnte Temperaturgefälle darin
zu schaffen, so daß die zuerst durchgeführte Verfahrensstufe vollendet werden kann.
Dieses
Vorerhitzen kann in beliebiger Weise ausgeführt werden. Üblicherweise sind die benutzten
feuerfesten Regenerativöfen für diesen Zweck mit einer Heizvorrichtung versehen.
Eine Betriebsart besteht in dem Erhitzen der zweiten Regenerativmasse in einer solchen
Weise, das die in der Aufheizstufe verwendete verbrennbare Gasmischung zu Beginn
des Durchgangs von ihrem kühleren zum heißeren Ende entzündet wird und daß dann
das Aufheizen begonnen wird. Die feuerfeste Regenerativmasse muß daher in einer
solchen Weise aufgeheizt werden, daß das kühlere Ende eine Temperatur von etwa ioo°,
vorzugsweise 75 bis 15o°, und das heißere Ende von etwa iioo'°, vorzugsweise 95o
bis 115o°, besitzt.
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Das Regenerativverfahren nach der Erfindung unterscheidet sich in
auffallender Weise von den bisherigen Verfahren, bei welchen die verwendeten Regenerativmassen
auf eine Temperatur oberhalb derjenigen erhitzt werden mußten, welche zumEinleiten
des Spaltens erforderlich war. Dabei mußte die Regenerativmasse mindestens so heiß
wie die erzeugten Gase sein und diese Masse mußte allein die erforderliche Wärme
nicht nur zur Einleitung, sondern auch zur Fortpflanzung der exothermischen Spaltreaktion
liefern. Solche Verfahren waren notwendigerweise mit übermäßigem Wärmeverlust verbunden.
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Im Gegensatz zu diesem bekannten Verfahren sind bei dem vorliegenden
Verfahren die Gasprodukte beim Entstehen wesentlich heißer als die Regenerativmassen,
mit welchen sie in Berührung kommen. Die Regenerativmasse ist also immer auf einer
wesentlich niedrigeren Temperatur als die maximale Gastemperatur. Ferner sind in
der eigentlichen Spaltphase die endothermisch und exothermisch vor sich gehenden
Reaktionen im wesentlichen im Gleichgewicht. Daher ist kein merklicher Wärmeverlust
in der Produktionsstufe vorhanden. Es wird somit ein Betrieb bei hohen Temperaturen
ohne ernstliche nachteilige Wirkung auf die Feuerfestigkeit der Regenerativ masse
ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Regenerativverfahren eignet sich hervorragend
für das Arbeiten bei Unter-oder überatmosphärischem Druck. Demgemäß ist das neue
Verfahren nicht nur geeignet für die Herstellung von Heizgas und ungesättigten Kohlenwasserstoffen
aus gesättigten Ausgangsstoffen, sondern kann auch mit Vorteil verwendet werden,
um andere Reaktionen auszuführen, welche die Bildung von Produkten exothermer Reaktionen
durch gleichzeitige exotherme Verbrennung und das endothermische Produkt erzeugende
Reaktionen einschließen. So kann unteratmosphärischer Druck zur Herstellung von
Acetylen oder Hydrazin aus Ammoniak, Stickoxyd aus Luft und von anderen Produkten
angewendet werden, welche außergewöhnlich rasches Abschrecken zwecks Verhinderung
ihrer Zersetzung erfordern. Solche Reaktionen werden vorzugsweise bei einem Druck
von etwa o,2 bis o,8 Atmosphären absolut durchgeführt. Es ist klar, das sowohl Verweilzeit
wie Abschreckzeit der Gase in dem Ofen in direktem Verhältnis zur Verringerung des
Drucks der der Behandlung unterworfenen Gase unter den atmosphärischen verringert
werden kann.
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In ähnlicher Weise wird das Arbeiten bei überatmosphärischem Druck
für die Gewinnung von höheren Olefinen und flüssigen Brennstoffen aus höhermolekularenAusgangsstoff
enangewendet. Ein bevorzugter Bereich überatmosphärischer Druckanwendung liegt bei
etwa 2 bis 5 Atmosphären. Durch die Benutzung solch überatmosphärischen Drucks können
längere Reaktions- und Abschreckzeiten erzielt werden, welche für die Herstellung
dieser Stoffe von Bedeutung sind.
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Gewisse wesentliche Beschränkungen müssen im Hinblick auf dieses Verfahren
beachtet werden. Es ist erforderlich, daß die ursprüngliche Mischung in der Produktionsstufe
einen Kohlenwasserstoff oder anderes Ausgangsmaterial und Sauerstoff in nicht brennbaren
Verhältnissen enthält, um übermäßigen Verbrauch des Ausgangsmaterials durch Verbrennung
auszuschließen. Ferner wird nur so viel Sauerstoff in der Produktionsstufe angewendet,
wie erforderlich ist, um die für die Erzeugung des gewünschten Wärmespaltprodukts
erforderliche Wärme zu erhalten. Luft, Sauerstoff oder Sauerstoff in Mischung mit
unter den Reaktionsbedingungen inerten Gasen können gebraucht werden. Luft wird
bevorzugt.
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Allgemein gesprochen kann Luft mit niedrigmolekularen Kohlenwasserstoffen
im Bereich der Verhältnisse von o,5 bis 2,5 Teilen Luft auf i Teil Kohlenwasserstoff
(in Volumteilen) gemischt werden. Ähnliche Verhältnisse für Sauerstoff sind von
o,1 bis 0,5 Teile Sauerstoff auf i Teil Kohlenwasserstoff.
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Der bevorzugte Bereich der Verhältnisse von Sauerstoff oder Luft zur
Verwendung zusammen mit den bevorzugten Ausgangsstoffen in der Produktionsstufe
des Verfahrens beim Arbeiten unter atmosphärischem Druck sind in der Tabelle I zusammengestellt.
| Tabelle I |
| Bevorzugter Bereich |
| (Volumen pro Volumen |
| Kohlenwasserstoff Kohlenwasserstoff) |
| Sauerstoff I Luft |
| Methan ... .. .. ....... 0,1 -0,4 0,5 -2,0 |
| Äthan .......... - ..... 0,1 -0,4 0,5 -2,0 |
| Propan ............... 0,1 -0,5 0,5 -2,5 |
| Butan ................ 0,15 -0,8 0,75-4,0 |
| Ätyhlen .............. 0,075--0,3 0,3 -1,5 |
| Propylen ............. 0,1 -0,4 0,5 -2,0 |
| Butylen .............. o,1 -0 ,5 0,5 -2,5 |
| Erdgas .. .. . . ......... 0,1 -0,4 0,5 -2,0 |
Es ist also für den Erfolg des Verfahrens wesentlich, daß sowohl der Kohlenwasserstoff
oder das andere Ausgangsmaterial und der Sauerstoff auf die Bedingungen der Spalt-
oder Umwandlungstemperatur vorerhitzt werden. Der Zusatz von nichtvorerhitztem Sauerstoff
oder sauerstoffhaltigem Gas zu dem auf die thermische Veränderungstemperatur
erhitzten
Ausgangsmaterial ist unbefriedigend.
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Der verwendete Kohlenwasserstoff kann ein beliebiger sein, welcher
gasförmig oder unter den Verfahrensbedingungen verdampft wird und thermischer Spaltung
fähig ist. Daher können niedrigmolekulare Verbindungen, wie Methan, Äthan, die verschiedenen
isomeren Propane, Butane, Hexane und deren Gemische, ebenso wie höhermolekulare
Ausgangsstoffe, wie Octane und Decane und Benzin, verwendet werden. Auch ungesättigte
Stoffe können benutzt werden. Niedrigmolekulare, gesättigte, normalerweise gasförmige
Kohlenwasserstoffe, -,xie Propan und Butan, werden bevorzugt. Jedoch können auch
vorerhitzte oder zerstäubte und mit Luft eingeführte flüssige Kohlenwasserstoffe
gute Ausbeuten an höheren flüssigen Olefinen ergeben. Mitunter ist es erwünscht,
etwas verdünnenden Wasserdampf zusammen mit dem Ausgangsmaterial und dem freien
Sauerstoff enthaltenden Gas anzuwenden.
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Es ist ferner wesentlich, daß ein kleiner Druckabfall, ein hoher Grad
von Wärmeübertragung und eine kurze Kontaktzeit der die Behandlung erfahrenden Gase
mit dem Regenerativofen in der Produktionsstufe des Verfahrens aufrechterhalten
wird.
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Die Verweilzeit der die Behandlung erfahrenden Gase in dem Teil der
Regenerativ masse, worin die Gase auf die Spalttemperatur des Ausgangsmaterials
erhitzt werden, soll etwa 0,3 X Sekunden nicht überschreiten, worin X den
Druck in absoluten Atmosphären darstellt, bei welchem das Verfahren ausgeführt wird.
Ein bevorzugter Bereich für diese Verweilzeit beträgt etwa 0,o5 X bis o,i X Sekunden.
Es ist gleichfalls notwendig, daß dieVerweilzeit der die Behandlung erfahrenden
Gase in dem Teil des Regenerativofens,worin die gleichzeitige Verbrennungs- und
Spaltreaktion stattfindet, nicht etwa 0,o5 X Sekunden überschreitet. Ein bevorzugter
Bereich dieser Verweilzeit liegt zwischen o,oi X und o,03 X Sekunden.
Wenn die erzeugten Gase bei dem Durchleiten durch eine zweite Regenerativmasse abgeschreckt
werden, bestehen die gleichen Grenzen der Verweilzeit, wie zuvor in bezug auf die
anfängliche Heizstufe angegeben.
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Bei der Gewinnung von Acetylen, Stickoxyd, Hydrazin u. dgl., die sehr
kurze Verweilzeit in den Regenerativmassen und außergewöhnlich rasches Abschrecken
erfordert, wird die Verweilzeit in einem der Verringerung des Arbeitsdrucks entsprechenden
Grade vermindert. Wenn z. B. das Verfahren bei einem Druck von etwa 1/s Atmosphäre
absolut ausgeführt wird, werden Verweil-und Abschreckzeit in den Regenerativmassen
auf nicht über o,io Sekunden und die Verweilzeit in der Verbrennungszone auf nicht
über 0,017 Sekunden verringert.
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Wenn in gleicher Weise in einem Druckbereich von o,a bis o,8 Atmosphären
absolut gearbeitet wird, so sind für die Extreme des Bereichs die entsprechenden
kritischen Verweilzeiten in den zwei Regenerativ massen 0,2 X 0,3 oder 0,o6
Sekunden und 0,8 X 0,3 oder o,zq. Sekunden. Analoge Grenzen in bezug
auf die Verweilzeit in der gleichzeitigen Spalt- und Verbrennungszone des Ofens
sind o,:2 X 0,o5 oder o,ooi Sekunden und o,8 X 0,o5 oder 0,04 Sekunden. Bevorzugte
Bereiche der Verweilzeit der die Behandlung erfahrenden Gase bei jedem besonderen
Druck können in gleicher Weise auf der Grundlage der bevorzugten Bereiche für das
Arbeiten bei atmosphärischem Druck berechnet werden.
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Beim Arbeiten bei überatmosphärischem Druck zwecks Gewinnung von höheren
flüssigen Olefinen, Aromaten u. dgl. werden längere Verweilzeiten angewendet. So
kann bei einem Druck von z Atmosphären eine Verweilzeit von o,6 Sekunden benutzt
«-erden.
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Bei der Verwendung von Sauerstoff an Stelle von Luft kann die Verweilzeit
der die Behandlung erfahrenden Gase im Ofen auf etwa die Hälfte von der wie beim
gleichen Arbeiten unter Verwendung von Luft erforderlichen verringert werden. So
kann die Verweilzeit beim atmosphärischen Druck bei Verwendung von Sauerstoff auf
wenige Tausendstel einer Sekunde verringert werden. Analoge Veränderungen in der
Verweilzeit können vorgenommen werden, wenn andere an freiem Sauerstoff reichere
oder ärmere Gase als Luft benutzt werden. Um die Möglichkeit der überlastung des
Ofens bei Verwendung von an Sauerstoff ungewöhnlich reichen Gasen zu vermeiden,
wird die Verringerung der Verweilzeit besser durch Verringerung des Drucks als durch
Vergrößerung des Durchsatzes bewirkt.
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Die Verringerung der Verweil- und Abschreckzeiten durch die Verringerung
des Drucks in der Anlage können ohne merkliche Änderung im Druckabfall in der Regenerativmasse
ausgeführt werden, weil nur die lineare Gasgeschwindigkeit und nicht die Massegeschwindigkeit
vergrößert wird. Dieses Merkmal des beschränktenDruckabfalls stellt einen der auffallendsten
Vorteile des Verfahrens dar.
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Es ist notwendig, daß der Druckabfall in der Vorrichtung nicht etwa
0,35 kg/cm2 überschreitet. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen
0,07 und o, 18 kg/cm2.
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Ein bereits vorgeschlagener Regenerativofen zur Durchführung des Verfahrens
besitzt zwei Regenerativmassen mit einer Vielzahl ununterbrochener durch sie hindurchgehender
Kanäle oder Schlitze. Jede dieser Regenerativmassen ist mit einem freien Raum an
dem einen Ende der Kanäle zum Einlassen oder Abziehen der Gase vorgesehen. Die entgegengesetzten
Enden der Regenerativmassen sind mit einer isolierten Verbrennungskammer verbunden,
welche mit einer Heizeinrichtung versehen ist. Jeder der erwähnten freien Räume
ist mit Gaseinlaß- und -abzugmitteln versehen, welche ihrerseits mit Mitteln verbunden
sind, um ein Gas zu veranlassen, von dem erwähnten freien Raum einer Regenerativmasse
durch ihre Kanäle oder Schlitze in und durch die Verbrennungszone und von dort durch
die Kanäle der zweiten Regenerativmasse zu strömen. Es sind auch
Mittel
zur Umkehrung dieser Gasströme vorgesehen.
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Beispiel i Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Heizgases
geringer Dichte, z. B. aus Propan und Luft, wird unter Bezugnahme auf Fig. i beschrieben.
Fig. 2 stellt einen waagerechten Schnitt nach A-A der Fig. i dar.
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Vor dem Einleiten der Spaltreaktion muß der Ofen vorerhitzt werden.
Zu diesem Zweck werden Ventile 5? und _3,5 geöffnet und Ventile 12 und 27 geschlossen.
Heizeinrichtung 9 wird dann in der Kammer 8 angestellt, so daß heiße Verbrennungsgase
abwärts in parallelen Strömen durch die Kanäle .4 der feuerfesten Abteilungen 2
und 3 in die Gaseinlaß- und -abzugräume 6 und 7 zu strömen. Vom Gaseinlaß- und -abzugraum
6 gehen die Verbrennungsprodukte aus dem Ofen durch Leitung 50, Ventil 52 und Leitung
53. Vom Gaseinlaß- und -abzugraum 7 gehen die Verbrennungsprodukte aus dem Ofen
durch Leitung 31. Ventil 55, Leitung 56 und Leitung 53. Während des Durchgangs durch
die Kanäle 4 geben die heißen durch Heizeinrichtung 9 erzeugten Verbrennungsgase
Wärme an die Regenerativabteilungen 2 und 3 ab. Die Verbrennungsgase verlassen den
Ofen mit einer Temperatur von etwa ioo°. Der Vorerhitzungsvorgang wird fortgesetzt,
bis der obere Teil beider Regenerativmauerwerke 2 und 3 eine Temperatur von über
iooo°, vorzugsweise im Bereich von 1100 bis 1300° besitzt. Damit ist ein
Temperaturgradient in den Regenerativabteilungen 2 und 3 im Bereich von etwa ioo°
am kühleren Ende bis zu über iooo° am heißeren Teil geschaffen.
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Am Ende der Vorheizzeit werden die Ventile 52 und 55 geschlossen und
Ventile 12 und 27 geöffnet. Die Produktionsstufe wird dann durch Einführen von Luft
durch Leitung 26, Ventil 25, Leitung 24, Strömungsmesser 23 und Leitung 22 in Mischer
16 eingeleitet. Gleichzeitig wird ein Kohlenwasserstoff, z. B. Propan, durch Leitung
21, Ventil 2o. Leitung i9, Strömungsmesser 18 und Leitung 17 in Mischer 16 eingeführt
und mit der Luft in solchen Mengen vereinigt, daß das sich ergebende Gemisch etwa
6o Volumteile Propan und etwa 4o Volumteile Luft enthält. Die Mischung von Propan
und Luft geht aus dem Mischer 16 durch Leitung i q, Dreiwegventil 14, Leitung 13,
Ventil 12 und Leitung io in den Gaseinlaßraum 6 des Ofens. Die Mischung geht dann
aufwärts durch die Kanäle 4 des Schachbrettmauerwerks 2. Dabei wird die Temperatur
des Propans erhöht, bis am oberen Ende der Abteilung 2 eine ausreichende thermische
Veränderung stattgefunden hat, um das Gasgemisch brennbar zu machen. Es wird dabei
Kohlenstoff und Wasserstoff gebildet. Da jedoch ein Mangel an Sauerstoff vorhanden
ist, wird nur ein Teil dieser verbrennbaren Stoffe verbraucht. Im Falle des Propans
und ähnlicher Kohlenwasserstoffe gehen nur etwa 10 bis 20'/d in dieser Weise verloren.
Der Rest des vorhandenen Propans ist ausreichend gespalten, teils durch die bei
der Teilverbrennung frei werdende Wärme und teils durch die Wärme, welche in dem
Mauerwerk durch die vorhergehende Aufheizung aufgespeichert wurde.
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Von den Kanälen 4. der Abteilung 2 geht die gasförmige Mischung in
die Verbrennungs- bzw. Umwandlungskammer 8, wo die thermische Umwandlung im wesentlichen
vollendet wird. Das so erzeugte gasförmige Gemisch geht abwärts durch Kanäle .4
der durch eine gasdichte Wand 5 von der Abteilung 2 getrennten Abteilung 3 und wird
dabei abgeschreckt. Das Gasgemisch gibt Wärme an die Abteilung 2 während des Durchgangs
ab. Von den Kanälen .1 der Abteilung .2 geht das erzeugte Geiniscn in Gaseinlaß-
und -abzugkammer 7 und von dort aus dem Ofen heraus durch Leitung i i, Ventil 27,
Leitung 28, Dreiwegventil 29, Leitung 42, Ventil 43, Leitung 44, Pumpe 45 und Leitung
46 zu einer nicht gezeigten Gasreinigungsanlage. Statt dessen kann das Gas von Ventil
29 durch Leitung 42, Umleitung 47, Umleitungsventi148 und Leitung 49 zu Leitung
46 und von da zur Gasreinigungsatilage geleitet werden.
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Die Produktion wird in der angegebenen Weise für etwa i 'Minute durchgeführt,
und dann werden Ventile 14 und 29 gleichzeitig so schnell wie möglich umgekehrt.
Vorzugsweise wird diese Umkehrung im Bruchteil von i Sekunde ausgeführt. Nach Umkehrung
der Ventile 14 und 29 wird die Aufheizung eingeleitet. Zu diesem Zweck wird Heizgas
durch Leitung 36, Ventil 35, Leitung 34, Strömungsmesser 33 und Leitung 32 in Mischer
31 eingeführt. Gleichzeitig wird Luft durch Leitung 41, Ventil 4o, Leitung 39, Strömungsmesser
38 und Leitung 37 in Mischer 31 eingeleitet, wo sie mit dem Heizgas in solchen Verhältnissen
vereinigt wird, daß völlige Verbrennung des Heizgases bewirkt werden kann. Die Mischung
aus Heizgas und Luft wird dann durch Leitung 3o, Dreiwegventil 29, Leitung 28, Ventil
27 und Leitung i i in Gaseinlaß- und -alizugraum 7 geführt. Vom Gaseinlaß- und -abzugraum
7 geht die brennbare :Mischung aufwärts durch die Kanäle 4 der Regenerativmasse
3, worin Verbrennung eingeleitet wird. Die ;Mischung geht dann weiter in die Verbrennungskammer
8, worin die Verbrennung beendet wird. Die gasförmigen Verbrennungsprodukte werden
dann nach unten durch die Kanäle 4 der Regenerativmasse 2 in die Gaseinlaß- und
-abzugkammer 7 und von dort aus dem Ofen heraus durch Leitung io, Ventil 12, Leitung
13, Ventil 14 und Leitungen 54 und 53 zu einem nichtgezeigten Schornstein geleitet.
Während des Durchgangs durch die Kanäle der Regenerativmasse 2 geben die Verbrennungsprodukte
ihre Wärme ab und bringen die Masse auf eine angemessene Temperatur, um beginnende
thermische Spaltung des Propans während der nächsten darauffolgenden Produktionsstufe
zu bewirken. Diese Aufheizung wird für etwa i Minute durchgeführt.
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Die Verweilzeit der Gase in der Produktionsstufe war etwa o,i Sekunden
in jeder der Regenerativmassen und in der Verbrennungs- bzw. Umwandlungskammer etwa
0,o2 Sekunden.
Das aus Propan erhaltene Gas zeigte einen Heiz-,vert
von etwa gooo kcal/'2\'m3. Die Dichte des erzeugten Gases im Vergleich zu Luft war
0,79. Das Gas war ohne weiteres an Stelle von Erdgas für technische Heizzwecke
zu verwenden. Es ist unmöglich, ein Heizgas solch niedriger Dichte mit den üblichen
Verfahren zu erhalten. Die Zusammensetzung des erhaltenen Gases betrug in Volumprozent:
| Kohlendioxyd .............. i.o |
| Acetylen . . .. .. . . . . .. . .. . . . . 2,5 |
| Äthylen ................... 22,7 |
| Propylen .................. 6,o |
| Wasserstoff ... .. ........... 18,9 |
| Kohlenmonoxyd . . . .. . . . . . . . . . 4,5 |
| .Methan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12,1 |
| Propan .................... ii,i |
| Stickstoff ....... .. .. .. .. ... Z1.?, |
| 1 oo.o |
Das erfindungsgemäßeVerfahren kann ingleicher Weise sehr vorteilhaft zur Herstellung
von Acetylen aus Erdgas verwendet werden.
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Beispiel 2 -
Zum überwiegenden Teil aus Methan bestehendes Erdgas
wurde dem Ofen in Verbindung mit Luft im Verhältnis von .45 Volumteilen Erdgas zu
55 Volumteilen Luft in der zuvor für die Gewinnung von Heizgas aus Propan beschriebenen
Weise zugeführt. Aufheizung und Produktion wurden in gleicher Weise, wie im Beispiel
i beschrieben, ausgeführt, außer das ein Vakuum von etwa 1/2 Atmosphäre im Ofen
während der Produktion mittels Pumpe 45 aufrechterhalten wurde. Die Verweilzeit
der die Behandlung erfahrenden Gase in jeder der Regenerativmassen war etwa o,o5
Sekunden und in der Verbrennungs- bzw. Umwandlungskammer etwa o,oi Sekunden.
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Das gewonnene Gas hatte folgende Zusammensetzung in Volumprozenten:
| Kohlendioxyd .............. i, i |
| Acetylen .................. 8,6 |
| Äthylen ................... 0,7 |
| Kohlenmonoxyd ............ 5,4 |
| Wasserstoff ................ =i6,8 |
| Methan ................... 4,4 |
| Stickstoff ................. 33,0 |
| 100,0 |
Die erhaltene Acetylenausbeute betrug etwa 48 °/o der theoretischen. Das Gas war
mit Kohleteilchen nicht merklich verunreinigt. Schwierigkeiten, welche die Abtrennung
der Kohle aus dem gewonnenen Acetylen begleiten, sind dadurch vermieden.
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Dieses Verfahren bei unteratmosphärischem Druck kann in analoger Weise
zur Gewinnung von Hydrazin aus Ammoniak, Stickstoff aus Luft u. dgl. durchgeführt
werden. Beim Arbeiten mit überatmosphärischem Druck wird die Pumpe 13 umgangen und
das Gas dem Ofen unter Druck zugeführt.