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Verfahren und Vorrichtung zur Konvertierung und Methanisierung von
Generatorgasen Die Heizwerterhöhung von. Gassen, z. B. zur Umwandlung von Generatorgas
in: Stadtgas mit einem oberen Heizwert von 4zoo kcal pro Kubikmeter, erfolgt durch
Konvertieren, und Methanisieren mit Hilfe der Reaktionen C O -h H2 O = H2 -I- C
02 und C O -f- 3 H2 = C H4 -h H2 O. Beide Reaktionen sind stark exotherm, weshalb
die Wirtschaftlichkeit der Umsetzung davon abhängt, wie weit es gelingt, die frei
werdenden Reaktionswärmen zur Dampferzeugung auszunutzen.
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Handelt es sich z.. B. um ein mit hergestelltes Generatorgas mit 57010
CO, :23% H2 und 6% CH4, so sind etwa 37% CO zu konvertieren und von dem konvertierten
Gas mit 1q.0/0 C O, 41% H2 und q.0/0 C H4 etwa r00/0 C O in C H4 umzusetzen. Im
ersten Fall werden dabei rund 165 kcal pro Kubikmeter Rohgas, im zweiten Fall etwa
22o kcal pro Kubikmeter Rohgas frei. Da. die Konvertierung zu ihrer Durchführung
Wasserdampf benötigt, so kann ihre Reaktionswärme durch Einstäuben, und Verdampfen.
von Wasser in das heiße Gas. auf einfachste Weise zur Dampferzeugung ausgenutzt
werden. Bei der Methanisierung ist eine derartige direkte Wärme-Übertragung nicht
möglich, da hier kein Dampf zur Umsetzung gebraucht wird. Andrerseits ist aber auch
die indirekte Wärmeübertragung erschwert, da die Anwendung von Wasserkühlschlangen
im Kontaktraum mit Rücksicht auf die über. 400° ansteigende Reaktionstemperatur
nicht in Frage kommt. Man führt daher die Reaktionswärme meist durch direkte Einleitung
von kaltem Krelslaufgas
in den Mefihanilsierungsofen ab und. nutzt
die nach der Gasvorwärnn,ung übrig bleibende Restwärme zur Dampferzeugung aus. Dies
Verfahren hat aber den Nachteil, daß die für die Wärmeübertragung maßgebende Temperaturdifferenz
und das nutzbare Temperaturgefälle herab"-esetzt werden, sot daß auf diese Weise
nur ein Teil des zur Konvertierung benötigten Dampfes erzeugt werden kanei.
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Eis wurde nun gefunden, daß man bei der Konvertierung und Methanisierung
von Gasen, dä es sich hier meist um eine geringe CO-Umsetzung handelt, unter Ausnutzung
der dadurch gegebenen günstigen Reaktionsbedingungen den gesamten, nach Eindampfen
von Wasser in den Kontaktofen noch, fehlenden Teil des Konvertierungsdampfes mnit
Hilfe der nach der Konvertierung anfallenden Wärme erzeugen kann, wenn man das Konvertierungs-
und das Methanisierungssystem ofen-und wärmeaustau.scherseitig derartig zusammenschaltet,
daß das konvertierte Gas mit Reaktionstemperatur aus der Konvertierung in den Methanofen
eintritt und die Reaktionswärme der Methanisierung in indirekten und direkten oder
nur in indirekten. Wärmeaus,tawschern unter Eindampfen von Wasser an das Rohgas
übertragen wird.
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Zum besseren Verständnis sei das Verfahren. an Hand der Zeichnungen
eingehend erklärt.
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In Fig. i besteht das kombinierte Konvertierungs-Methanisierungs-System
aus den Konvertierungsöfen i und 2 mit der zwischengeschalteten Wasserei.rnstäubung
3, den Methanisierüngsöfen 4 und 5, den Wärmeaustauschern 6, 7, 8 und dem zwischen
die Wärmeaustauscher 6 und 7 eingebauten Einspritzkühler 9 mit der Wassereinspritzung
io. Das zu konvertierende Gas. tritt bei o in den Wärmeaustaus.cher 6 ein, wird
dort auf etwa 52o° vorgewärmt, darauf im Einispritzkühler 9 durch Verdampfen von
Wasser auf etwa 8o° abgekühlt und gelangt schließlich nach Wiederaufwärmen in den
Wärmeaustauschern 7 und 8 oben in den Konvertierungsofen i. Dort erfolgen die Hauptumsetzung
und Wärmeentwicklung, so daß durch Einstäuben von Wasserdampf bei 3 .in der üblichen
Weise der noch fehlende Wasserdampf erzeugt werden kann. Darauf wird dass konvertierte
Gas. im Wärmeaustauscher 8 auf 250 bis 300° abgekühlt und mit dieser Temperatur
unmittelbar in den M_ ethanisierungsofen q. geleitet. Die Abkühlung soll so weit
gehen, als es der Methanis.ierungskontakt erlaubt, damit das Gas die bei etwa 70%
der Umsetzung im 1VIe-th:anisierungsoifen 4 frei werdende Wärme aufnehmen kann,
trotzdem aber der Kontakt noch anspricht. Wenn nötig, kann zu diesem Zweck als erste
Schicht des. Kontaktofens 4 ein besonders aktiver Kontakt verwendet werden.
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Die sonst nermalenveise nach der Konvertierung erfoilgende Gaskühlung
bis auf etwa 2o° und der damit verhun:dene Wärmeverlust fallen also bei der vorstehenden
Arbeitsweise fort.
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Aus dem Methanisierungsoferi 4.gelangt nun, das Gas mit etwa 55o°
in den Wärmeaustauscher 6, wird dort auf 250 bis 3öo° abgekühlt, worauf im
zweiten Methanisierungsofen 5 die restliche Methanbildurig erforl.gt und das fertig
methan.isierte Gas im Wärmeaustauscher 7 bis auf etwa Zoo bis 25o° abgekühlt wird.
Erst hiernach werden die Schlußkühlung und die Auswaschung der Kohlensäure vorgenommen.
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Um eine ausreichende Wärmeabgabe im. Wärmeaustauscher 6 zu erreichen,
ist dort einte Gasabkühlung bis auf etwa 25o° erwünscht. Es, ist däher auch für
die erste Schicht des Kontakto@fenis 5 ein besonders aktiver Kontakt vorzusehen.
Ist dies nicht möglich, so muß zwischen dem Wärme austausoher 7 und 8 eine geringfügige
zweite. Wassereinstänbumg bei i i vorgenommen werden, damit die erforderliche Gesamtdampfmenge
erzeugt werden kann.
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In dem angeführten Beispiel der Stadtgaserzeugung verteilt sich, die
Dampferzeugung auf die einzelnen wie folgt: 38% bei 3, 54 bzw. 62% bei io und 8
bzw. o % bei i i.
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Durch die Anwendung des vorliegenden, Verfahrens, ist also die Ausnutzung
der Methanisierungswärme zur Konvertierungsdampferzeugung mit der normalen Systemausrüstung
mit Öfen und Wärmeaustauschern lediglich durch Hinzufügen. der Einspritzkühlung
ermöglicht. Die angewandte Schaltungsweise ist bei der normalerweise in Frage kommenden
geringen C O-Umsetzung der Konv ertierungs-Methamis.ierungs-Anlagen ohne weiteres
durchführbar. Die geringe Umsetzung hat zur Folge, daß nach der Konvertierung ein
relativ hoher Restgehalt an C O und eindementsprechend geringer Restdampfgehalt
zurückbleibt, der weder eine Wiedergewinnung der Dampfwärme bedingt noch eine nachfolgende
Methanisierung behindert. Einer unmittelbaren Überleitung von heißem Kontaktgas
aus. der Konvertierung zur Methanisierung steht daher nichts im Wege. Ähnlich günstig
liegen die Verhältnisse bei der Methanisierung, da nach etwa 70%- der Umsetzung
im ersten Ofen eine Gaszusammensetzung entsteht, die einer Gleichgewichtstemperatur
von, etwa 57o° entspricht und eine Teniperatursteigerung auf 55o° ohne Reaktionsbehinderung
zuläßt.
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Dä nun aber die Möglichkeit besteht, bei weitgehender Methanis.iemuvg
die nicht zur Konvertierungsdampferzeugung benötigte Reaktionswärme durch Einleiten;
von kaltem IZreslaufgas abzuführen, so ist das Verfahren der, vorliegenden Erfindung
auch in solchen Fällen anwendbar. Es wird dann gegebenenfalls die Hauptumsetzung
erst im zweiten Ofen rund die genaue Einstellung des Methangehaltes in einem nachgeschalteten
drittem, Ofen erfolgen.
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Eine andere Ausführungsform des. Verfahrens. ist in Fig. 2 dargestellt.
Hier sind: die, beider. Koiivertierungsöfen i und 2 unmittelbar auf den als Röhrenkontaktofen
ausgebildeten Methanisierungso,fen 4 aufgesetzt, dessen untere Rohrenden: in Wasser
tauchen:. Das zu konvertierende Gais, tritt bei o in den Röhrenofen 4 außen ein,
reißt beim Durchtreten durch die Wasserschicht je nach deren. Höhe mehr oder weniger
Wasser mit nasch oben, das unter Ausnutzung der durch die Kontaktrohre
übertragenen
Wärme in das gleichzeitig vorgewärmte Gas hineingedampft wird. Aus dem äußeren,
Gang des Röhrenofens tritt dass mit Wasserdampf beladene vorgewärmte Gas oben aus
und gelangt dann in den oherenTeil des Konvertierungssystems mit Ofen, i und 2 und
Wassereins.täubung 3, aus dem es ohne weitere Kühlung in den inneren. Gang des Röhrenofens
übertritt. Eventuelle Feineinstellung kann in der üblichen Weise mit Kaltgaszusa,tz
durchgeführt werden. Bei nicht ausreichender Bauhöhe kann der Konvertierungsofen
auch neben den Röhrenofen gestellt werden.