PL20933B1 - Sposób rozkladu weglowodorów gazowych oraz urzadzenie do przeprowadzania tego sposobu. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu rozkladu weglowodorów, zwlaszcza zas — powiekszenia sprawnosci tego sposobu.

Wiadomo, ze przy dodawaniu lub bez dodawania pary wodnej do metanu i weglo¬ wodorów w wysokich temperaturach mozna je rozlozyc wedlug równan nastepujacych: H20 CH4 CH4 + 2H20 CH _.

^CO + 3H2 — 50.800 kal •»C02 + 4H2 — 40.600 kal -+C +2H2 — 21.700 kal Reakcje sa endotermiczne i wymagaja dodawania ciepla. Cieplo, potrzebne do re¬ akcji oraz do pokrycia straty ciepla, mozna otrzymac podczas procesu rozkladu przez jednoczesne spalanie metanu z tlenem, po¬ wietrzem lub powietrzem, wzbogaconem tle¬ nem, wedlug reakcji: CH4 + 1,502 = CO + 2H20 + 124.000 kal.

Wydatek ciepla, potrzebnego do reakcji, mozna pokryc przez zastosowanie procesu kolowego i przez uzycie urzadzenia, sluza¬ cego podczas ogrzewania za zasobnik cie¬ pla. Mozna np. ogrzac pewna ilosc kamieni ogniotrwalych przez spalanie gazu z po¬ wietrzem, przyczem ciepla, nagromadzone¬ go w kamieniach, mozna uzyc do rozkladu weglowodorów.

W przypadkach, w których stosuje siemieszanine azotu i wodoru "W stosunku, po¬ trzebnym do syntezy amomjaku, wytwarza sie odpowiedni gaz przez ciagly rozklad we¬ glowodorów zapomoca powietrza lub po¬ wietrza, wzbogaconego tlenem, albo tez przez zastosowanie procesu perjodycznego albo kolowego. Pozadane cieplo mozna u? zyskac przez okresowe spalanie gazu z po¬ wietrzem i przez gromadzenie powstalego ciepla w materjale ogniotrwalym.

Sposoby, znane dotychczas, polegaly na tern, ze rozklad weglowodorów odbywal sie przy zastosowaniu katalizatorów lub wyso¬ kich temperatur bez specjalnego katalizato¬ ra. Wada sposobów katalitycznych jest to, ze weglowodory, majace byc rozlozone, musza byc nadzwyczaj czyste, przyczem nie powinny zawierac ani sladu siarki lub in¬ nych trucizn katalizatorów. Oprócz tego, przy rozkladzie weglowodorów tworza sie male ilosci wegla, które pokrywaja po¬ wierzchnie katalizatorów, zmniejszajac ich aktywnosc. Inne niedogodnosci stanowia nadzwyczaj wysokie temperatury i stosun¬ kowo dlugie okresy czasu, niezbedne do zu¬ pelnego rozkladu weglowodorów. Wreszcie, nie mozna bylo wytwarzac aparatów, które- by sie nadawaly do fabrykacji na wielka skale.

Sposób wedlug wynalazku umozliwia la¬ twe osiagniecie wysokich temperatur (po¬ nad 1300°C), niezbednych do zupelnego roz¬ kladu weglowodorów w duzych urzadze¬ niach, przyczem straty ciejrfa w tych urza¬ dzeniach sa ograniczone do minimum. Wy¬ nalazek polega na danych nastepujacych: 1. podgrzewanie i czesciowy rozklad mieszanki weglowodorów uskutecznia sie, prowadzac mieszanke do góry przez uprzed¬ nio ogrzany materjal ogniotrwaly, 2. zupelny rozklad odbywa sie pod dzia¬ laniem silnie ogrzanej masy ogniotrwalej, 3. odzyskiwanie ciepla rozlozonej mie¬ szanki gazowej uskutecznia sie, prowadzac mieszanke ku dolowi przez stosunkowo zim¬ niejsza mase ogniotrwala.

Podczas rozikladu mieszaniny weglowo¬ dorów mozna dodawac tlenu, powietrza lub powietrza, wzbogaconego tlenem, mianowi¬ cie, przed wprowadzeniem mieszaniny do urzadzenia lub w innem odpowiedniem miejscu podczas przelotu mieszaniny przez urzadzenie.

Temperature masy ogniotrwalej utrzy¬ muje sie na wysokosci, potrzebnej do reak¬ cji, ogrzewajac mase okresowo przez spale¬ nie gazu w odpowiedniem urzadzeniu pod¬ czas rozkladu weglowodorów.

Sposób wedlug wynalazku posiada sze¬ reg zalet.

Podczas prowadzenia zimnych weglowo¬ dorów lulb mieszaniny weglowodorów przez mase ogniotrwala do góry i podczas prowa¬ dzenia goracych produktów reakcji przez takaz mase ku dolowi osiaga sie tó, ze tem¬ peratura dolnej czesci urzadzenia jest niz¬ sza od temperatury goretszej strefy górnej.

Zagadnienie odpowiedniego podparcia muru i masy ogniotrwalej jest o wiele prostsze, gdyz wiekszy ciezar opiera sie na zimniej- szych kamieniach dolnej czesci urzadzenia.

Zalete te mozna osiagnac tylko w urzadze¬ niach pionowych. W przypadku poziomego wykonania pieca do krakowania, kamienie gorace w strefie reakcyjnej lezalyby na równie goracych kamieniach, a górne kamie¬ nie mialyby sklonnosc do zsuwania sie ze sciany urzadzenia.

Prowadzenie gazów w kierunku piono¬ wym zapobiega tworzeniu sie 'bocznych pra¬ dów. W urzadzeniu poziomem kazde zsu¬ niecie sie masy wypelniajacej powoduje powstanie pradu bocznego.

Silnie ogrzana strefa rozkladu sklada sie z kawalków materjalu ogniotrwalego, nalo¬ zonego na mur kratowy. Na rysunku jest to warstwa 5 wzglednie 5'. Z tego wynika, ze gazy, zaleznie od kierunku przeplywu, zostaja wstepnie podgrzane w warstwach 4 i 4\ a reakcja, równiez zaleznie od kierunku przeplywu, rozpoczyna sie w warstwie 5 lub 5' i ciagnie sie dalej w warstwie 5' lub 5, — 2 —Do tego me potrzeba specjalnie uksztalto¬ wanego materjalu ogniotrwalego, sporza¬ dzanego przez dodanie srodka wiazacego do materjalu o wysokiej ogniotrwalosci. Wsku¬ tek tego, masa ogniotrwala jest tansza i wytrzymalsza w wyzszych temperaturach, niz kamienie jakkolwiek uksztaltowane.

Punkt topienia czystego Al^O^ wytworzo¬ nego przez przetopienie bauksytu w piecu elektrycznym, lezy przy 2050°C, w przeci¬ wienstwie do najlepszych kamieni ognio¬ trwalych, sporzadzonych przez domieszke srodka wiazacego do Al2Os, których punkt topienia lezy przy 180Q°C i które miekna juz przy 1450°C. W podobny sposób topi sie MgO, wytwarzany przez wypalanie naj¬ lepszego magnezytu w temperaturze 2500°C, przyczem najlepsze kamienie magnezytowe topia sie przy 2100°C i miekna przy okolo 1600°C Straty ciepla, unoszonego w odplywaja¬ cych gazach reakcyjnych, i straty, powodo¬ wane przez promieniowanie, sa zredukowa¬ ne do minimum wskutek dzialania strefy regeneracyjnej i stosunkowo malych roz¬ miarów urzadzenia.

Rysunek przedstawia urzadzenie do przeprowadzania sposobu wedlug wyna¬ lazku, które nada je sie do wytwarzania mie¬ szanki z metanu, pary wodnej oraz powie¬ trza, przyczem mieszanki uzywa sie do syn¬ tezy amonjakiu.

Cyframi 1 i 2 oznaczono dwie komory pio¬ nowe, polaczone ze soba na górnym koncu zapomoca kanalu 3, przyczem kanal ten moze miec mniejszy przekrój, niz komory / i 2. Kazda z przestrzeni jest starannie izo¬ lowana, w celu unikniecia straty ciepla, przyczem mniej wiecej do dwóch trzecich wysokosci jest wypelniona kawalkami ka¬ mieni ogniotrwalych lub murem kratowym 4, 4'. Na tych kratach lezy warstwa 'kawal¬ ków kamieni ogniotrwalych 5. W dolnej czesci komór sa przewidziane dwa otwory 6, 6', sluzace do doprowadzenia mieszanki weglowodorów oraz do odprowadzania ga¬ zu, rozlozonego podczas procesu krakowa¬ nia, j ak równiez do wprowadzania powie¬ trza oraz odprowadzania gazów spalino¬ wych podczas ogrzewania. W górnej czesci komór jest przewidziana pewna liczba otwo¬ rów mniejszych 7 do wprowadzania powie¬ trza podczas procesu krakowania i gazu podczas ogrzewania.

Warstwy 5, 5' ogrzewa sie najpierw przez spalanie gazu i powietrza do tempera¬ tury 1200 — 1500°C. Powietrze doprowa¬ dza sie rura 6, a gaz — otworem 7, przy¬ czem gazy spalinowe wyplywaja otworem 6'. W celu osiagniecia w obydwóch komo¬ rach jednakowej temperatury od czasu do czasu przelacza sie doplyw powietrza oraz odjplyw gazów spalinowych i doprowadza powietrze rura 6\ a gazy spalinowe odpro¬ wadza rura 6.

Po ogrzaniu warstwy materjalu ognio¬ trwalego 5 i 5' do 1500°C wprowadza sie rura 6 metan, do którego dodaje sie przed¬ tem 3-krotna na objetosc ilosc pary. Mie¬ szanina gazu. i pary plynie do góry, przy¬ czem dzieki stycznosci z goracemi kratami 4 zostaje podgrzana. Terazprowadzi sie gaz przez warstwy 5, 5', w których nastepuje jego rozszczepienie na tlenek wegla i wodór.

Nastepnie, gazy rozlozone opadaja, od¬ dajac swe cieplo kamieniom 4\ i odplywaja otworem 6\ Kierunek wyplywu gazu mozna od czasu do czasu zmieniac, by otrzymac pewien pozadany stosunek temperatury po obu bokach urzadzenia, to znaczy, ze metan i pare wodna mozna doprowadzac otworem 6', a gaz krakowany odprowadzac otworem 6. Podczas krakowania mozna doprowadzac przewodami 7 powietrze w takim stosunku, ze wytwarzany gaz po nastepnem traktowa¬ niu i czyszczeniu zawiera jedna czesc azo¬ tu i trzy czesci wodoru. W razie doprowa¬ dzenia dostatecznej ilosci tlenu, sluzacego do wzbogacenia powietrza, mozna uzyskac ruch ciagly w strefie grzejnej w temperatu¬ rze 1200 — 1500°C.

W przypadku ochlodzenia sie strefy re- — 3 —akcyjnej dó 1200°C lub gdy strefa ta nie jest dostatecznie goraca do osiagniecia po¬ zadanego stopnia rozkladu, przerywa sie proces krakowania i zaczyna podgrzewanie masy ogniotrwalej. Bieg procesu mozna kontrolowac zapomocia samoczynnego urza¬ dzenia, przelaczajacego samoczynnie prze¬ plyw odpowiednio do scisle okreslonego pro¬ cesu kolowego.

Zastrz ezfen i a patentowe. 1. Sposób rozkladu weglowodorów ga¬ zowych przy zastosowaniu wysokich tempe¬ ratur w obecnosci tlenu, powietrza lub po¬ wietrza, wzbogaconego tlenem, a w razie po¬ trzeby i pary, przyczeim gazy przeprowadza sie przez mase ogniotrwala, znamienny tern, ze weglowodory gazowe najpierw przeply¬ waja przez strefe o coraz wyzszej tempera¬ turze pionowo wgóre, poczem gazy te prze¬ plywaja przez strefe o coraz nizszej tempe¬ raturze pionowo ku dolowi, przyczeim kieru¬ nek przeplywu mozna zmieniac. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, w zastoso¬ waniu do wytwarzania wodoru i tlenku we¬ gla z weglowodorów gazowych i pary wod¬ nej przy stosowaniu wysokiej temperatury, znamienny tern, ze gazy i para wodna sa najpierw podgrzewane, poczem reaguja ze soba podczas prowadzenia ich pionowo wgó¬ re przez strefe reakcyjna o coraz wyzszej temperaturze oraz podczas prowadzenia ich pionowo ku dolowi przez strefe reakcyjna o coraz nizszej temperaturze. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, w za¬ stosowaniu do wytwarzania mieszaniny azo- towo-wodorowej do syntezy amanjaku, zna¬ mienny tern, ze metan i pare wodna przepro¬ wadza sie przez mase ogniotrwala, dopro¬ wadzajac do tej mieszaniny gazów oznaczo¬ ne ilosci .powietrza lub powietrza, wzboga¬ conego tlenem. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 —3, zna¬ mienny tem, ze w przestrzeni (3) miedzy obu kanalami (1, 2) spala sie stale lub okre¬ sowo gaz, w celu ogrzewania materjalu Ogniotrwalego. 5. Urzadzenie, sluzace do wykonywa¬ nia sposobu wedlug zastrz. 1 — 4, znamien¬ ne tem, ze odgalezienia pionowe (1, 2) u- rzadzenia, wykonanego w znany sposób w ksztalcie litery U, sa u dolu wypelnione wstepnie podgrzewajaca warstwa (4), skla¬ dajaca sie z kawalków ogniotrwalych ka¬ mieni lub z muru kratowego, a na górze — warstwa reakcyjna (5) z kawalków mate¬ rjalu, odpornego na dzialanie ciepla w bar¬ dzo wysokiej temperaturze. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, zna¬ mienne tem, ze materjal, odporny na dzia¬ lanie ciepla w bardzo wysokiej temperatu¬ rze i ukladany w warstwach (5, 5'), stano¬ wia bryly materjalu o dowolnym ksztalcie, wykonane np. ze stopionego bauksytu lub magnezytu bez dodawania srodków wiaza¬ cych.

Hydro Nitro S. A.

Zastepca: Dr. techn. A. Bolland, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 2093$. o <=> o o o o Ook <^ o c o c. <7 o O O <3 O •=> O O <¦•" o o o o o o oco o o o\ O o ^00(7000 gnpop a<£? oo.

OooO ' / / / .

V ' / V / ^7777////,' / s / y / / / / / / / V /.

/ A oo o ooo od/ OO O OO 000 q \o o ooo o o oj O c> O O CD& o / / , / &0000 o o a/ / A ooo o cd o °~\/ / a ooo o o cj o] / PT / / CPCPCDOO 7* i/ / / / / / / / / / ////////// A bruk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa.